FLUENT在地下管线泄漏模拟中的应用

本教程演示了地下管线泄漏过程中的流体流动问题的设置和求解。几何模型中，外部为地下土壤，内部管道为水管。

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leak.agdb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）依次右键选择模型内部管道与外部土壤连接面，在弹出的如图16-79所示的快捷菜单中选择Create Named Selection，输入名称interface1和interface2，单击OK按钮确认。

3）同步骤（2）创建面模型水管入口、出口以及地面出口，命名为inlet、outlet和outlet2。

4）右键模型外部几何体，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称porous，单击OK按钮确认。

5）同步骤（4）创建内部几何体，命名为pipe。

6）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Inflation。在Geometry中选择计算域中管道区域，Boundary选择水管壁面曲面，在Maximum Layers中输入5。

7）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Sizing。在Geometry中选择计算域中管道区域，在Element Size中填入0.01m。

8）设置网格尺寸为0.05m。在Quality中，Smoothing选择High。

9）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。

10）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。

11）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。

12）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 定义模型

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

3）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Realizable k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中选择Scalable Wall Functions，单击OK按钮确认并关闭对话框。

5设置材料

1）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单击Copy按钮确认。

6 设置操作条件

1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。双击pipe弹出fluid对话框，在Material Name中选择water-liquid，单击OK按钮确认。

2）双击porous弹出fluid对话框，在Material Name中选择water-liquid，勾选Porous Zone。

在Porous Zone选项卡中，Viscous Resistance中分别填入1.2e 10，在Interial Resistance中分别填入350000，单击OK按钮确认。

3）单击Operating Conditions按钮弹出Operating Conditions对话框，勾选Specified Operating Density，单击OK按钮并关闭对话框。

7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inlet弹出边界条件设置对话框。Velocity Magnitude输入1，单击OK按钮确认退出。

3）双击outlet弹出边界条件设置对话框。Gauge Pressure输入17500，单击OK按钮确认退出。

8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Standard Initialization，Compute from选择inlet，单击Initialize按钮进行初始化。

9计算求解

单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。在Number of Iterations中输入500，单击Calculate开始计算。

10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 Location→ Plane按钮，弹出Insert Plane（创建平面）对话框，保持平面名称为“Plane 1”，单击OK按钮进入Plane（平面设定）面板

3）在Geometry（几何）选项卡中Method选择ZX Plane，Y坐标取值设定为0，单位为m，单击Apply按钮创建平面

4）单击任务栏中 （云图）按钮，弹出Insert Contour（创建云图）对话框。输入云图名称为“Vec”，单击OK按钮进入云图设定面板。

5）在Geometry（几何）选项卡中Locations选择Plane 1，Variable选择Velocity，单击Apply按钮创建速度云图。

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