液体晃动现象模拟：Fluent案例教学

下面将从前处理、计算和后处理三个方面详细展开。

1. 前处理

首先是网格的划分，我采用的是Pointwise软件进行划分。当然也可以采用ICEM或者其他软件进行划分。这里我以Pointwise为例进行讲解。

要划分的网格是二维网格，CAE-Set Dimension选择2D。

求解器Select Solver选择Ansys Fluent。

采用坐标点（单位为mm）来绘制边界，具体坐标及边界形状如下图所示。上下边界和左右边界网格节点均为65个，第一层网格间距为1.2 mm。

选中2 Point Curves快捷键，在XYZ坐标框中输入（-100  0  0），按Enter键，再次输入（100  0  0），按OK。此时会生成一条Connect。

同样，按上述方法分别输入（100  0  0），（100  200  0）；（100  200  0），（-100  200  0）；（-100  200  0），（-100  0  0）生成另外三条Connect。

接下来生成下边的半圆。按Curve快捷键下拉三角符号，选中Circle。选择2 Points & Angle，用鼠标分别点击下边Connect的左右两点，Angle输入180，点击Apply即可。若生成的半圆方向是反的，则可点击Angle旁边的Flip改变方向。

接下来开始划分网格。选中刚刚生成的半圆，按Ctrl+Q快捷键。在Number of Pieces中输入3，点击Enter，点击OK。选中半圆直径的Connect，按Ctrl+Q快捷键。在Number of Pieces中输入4，点击Enter，点击OK。

通过2 Point Curves键将半圆上的两个点分别与圆心相连。

分别选中刚刚生成的两条Connect，按Ctrl+Q快捷键，在Number of Pieces中输入2，将其分成两段。然后，将刚刚生成的几个半径上的中点相连接，并删除无用的辅助线。

选中原点附近的两条Connect，按Ctrl+J快捷键将其合并。选择最上方的Connect，按Ctrl+Q快捷键，分别点击半圆直径上的两个点，按Apply将其划分为3段。

通过Dimension来设置网格节点数。

设置完成后，只选中Spacing Constraints，框选全部Connects，在右上角Spacing Constraints框中输入1.2，按Enter键确认。

选择全部的Connects，按Assemble Domain，一键生成Domain。

选择CAE-Set Volume Conditions，新建Volume Conditions，命名为Fluid，选中全部计算域，将其放入Fluid中。

选择CAE-Set Boundary Conditions，新建Boundary Conditions，命名为Wall，选中全部边界，将其放入Wall中。

最后，选中创建的全部Domain，点击File-Export-CAE，保存为Fluid_Huangdong.cas文件。

2. 计算

打开Fluent，选中2D，设置计算核数，工作目录选择网格存放文件夹。

导入创建的case文件，点击Mesh-Scale，将网格创建单位和网格显示单位均改为mm，最后点击scale，将单位统一为mm。点击Check，检查网格有无负体积。

采用瞬态计算，点击General中的Transient。打开重力设置，在Gravity的Y方向输入-9.81。

注意：我采用的是Fluent 17.1，液体晃动是通过UDF自编译程序实现的。如果采用的是Fluent高版本，则可以在Gravity中的X方向直接输入加速度函数6[m s^-2]*sin(18.85[rad s^-1]*t)，略掉接下来的UDF加载步骤，直接到初始化设置就好。

Material中加载water-liquid，在Models中Multiphase选用VOF两相流，并在Phases中Primary Phase和Secondary Phase分别选用air和water。

接下来加载UDF程序，下面是编写的一个加载到X方向动量方程上的源项。

#include "udf.h"DEFINE_SOURCE(xmom_source,c,t,dS,eqn)  { real source; real con1; real x[ND_ND]; cell_t cell; C_CENTROID(x,c,t);      {    con1=6*C_R(c,t);  source=con1*sin(18.85*CURRENT_TIME);  dS[eqn]=0;    }    return source;  }

注意：加载UDF时，需要安装Visual Studio，并配置环境变量。这里我安装的是Visual Studio2017版本。如果只安装了Visual Studio，但没有配置环境变量。则可以找到“适用于VS（版本）的X64本机工具命令提示”并打开。在命令栏中输入cd （Fluent安装路径-可通过右键点击快捷图标，打开文件所在位置查看），Enter回车。再输入fluent.exe。此时，会打开和最开始讲解的Fluent页面一样，选择2D，设置核数，选中工作目录。接下来的操作和上述设置一致。

接下来加载UDF。点击User-Defined，选择Functions下拉菜单栏中的Compiled UDFs。Add选中编好的UDF文件，点击Build，最后点击Load加载。

接下来将UDF加载到X方向动量方程上。双击Cell Zone Conditions中的fluid，打开Source Term，编辑X Momentum，在下拉菜单中找到编写的UDF，点击OK。

Solution Methods中计算方法和Monitors监测可根据需要进行设置，我这里都选择默认，没再设置。

至此，计算已设置完成，接下来开始初始化。点击Solution Initialization中的Initialize进行初始化。

在Mark-Region中按下图坐标标记区域，最后点击Mark按钮。

点击初始化中的Patch，Phase选中water，Value设置为1，Patch区域选择刚刚Mark的区域，点击Patch。此操作是为了设置初始水体区域，设置后可通过Contours中的Phases观察初始水体区域。

在Calculation Activities中设置20，即每20时间步自动保存一次。

在Run Calculation中的Time Step Size设置0.005s，Number of Time Steps设置4000步，点击Calculate开始计算。

3. 后处理

后处理我采用的是Tecplot，当然也可以采用Fluent自带的后处理。

打开Tecplot，点击File-Load Data选中自动保存的全部Case和Data文件。

勾选Contour，并打开设置。在下拉菜单中选中Phase 3，即可显示水相。此时，点击播放按钮可观察到各个时间点水相的变化。需要观察流速或者压力变化的话，只需要在下拉菜单选择流速或者压力。

需要录制视频的话，可分别点击下图中的1和2进行视频录制。

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