FLUENT在混合流体中颗粒动态行为的模拟

本教程演示了如何使用VOF模型和非定常离散相模型来模拟混合流体中颗粒的运动。

1 启动Workbench并建立分析项目

1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，启动Workbench 19.2，进入ANSYS Workbench 19.2界面。

2）双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）选项，即可在项目管理区创建分析项目A。

2 导入几何体

1）在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入几何体文件。

3划分网格

1）双击A3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

2）依次右键选择模型三个入口边界和一个出口边界，在弹出快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称inlet1，inlet2，inlet3和outlet，单击OK按钮确认。

3）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Inflation。boundary选择管道壁面，在Maximum Layers中输入5

4）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Sizing。Geometry选择整个管道体，在Element size中输入0.01。

5）网格参数设置，在Assembly Meshing中，Method选择CutCell，在Sizing中，Max Size填入4.8E-02，Curvature Min Size填入3e-03在Quality中，Smoothing选择High。

6）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

7）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

8）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

9）右键单击Workbench界面中A3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

4 设置材料
1）双击A4栏Setup项，打开Fluent Launcher对话框，单击OK按钮进入FLUENT界面。

2）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。单击Fluent Database按钮弹出Fluent Database Materials对话框，选择water liquid和gasoil liquid，单击Copy按钮确认。

5 定义模型

1）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient。勾选Gravity，在Z中填入-9.81m/s2。

2）在模型设定面板Models中双击Multiphase按钮，弹出Multiphase Model（多相流模型）对话框，选择VOF，勾选Implicit Body Force，单击OK按钮确认并关闭对话框。

3）在模型设定面板Models中双击Multiphase下的Phases按钮，弹出Phase（多相流设置）对话框，在Phase-1对话框中，Phase Material选择gasoil-liquid，在Phase-2对话框中，Phase Material选择water-liquid，单击OK按钮确认并关闭对话框。
 

4）在模型设定面板Models中双击Discrete Phase按钮，弹出Discrete Phase Model（离散相模型）对话框，在DPM Interation Interval处输入10，Max. Number of steps处输入2500。

5）在Discrete Phase Model对话框中，单击Injections按钮，弹出Injections对话框，单击Create按钮弹出Set Injection Properties对话框。

Injection Type选择Surface，Release of surfaces选择inlet1和inlet2，勾选Scale Flow rate by face area和Inject using normal direction，Diameter填入0.0001，Stop Time填入1，单击OK按钮确认并关闭对话框。

6）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择SST k-omega(2eqn)，单击OK按钮确认并关闭对话框。

6 设置边界条件
1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

2）在边界条件面板中，双击gas_inlet弹出边界条件设置对话框。Velocity Magnitude输入2.4，单击OK按钮确认退出。

3）在边界条件面板中，双击inlet2弹出边界条件设置对话框。Velocity Magnitude输入2.5。Phase选择Phase-2，在Multiphase选项卡中Volume Fraction填入1，单击OK按钮确认退出。

4）边界inlet3的设置同inlet2。

7 初始条件

1）单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

8计算求解

1）单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。在Time Step Zize中输入0.002，Number of Iterations中输入1000，单击Calculate开始计算。

2）计算收敛完成后，单击单击主菜单中File→Close Fluent按钮退出FLUENT界面。

9 结果后处理

1）双击C4栏Results项，进入CFD-Post界面。

2）单击任务栏中Local->Isosurface按钮，弹出等值面设定面板。Variable选择Phase 2.Volume Fraction，在Value中填入0.15，单击Apply按钮确认。

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