FLUENT生物科技：生物处理器流场的精准模拟

本教程演示了如何使用多相模型模拟生物处理器内流。

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 2019→Workbench命令，启动Workbench 2019，进入ANSYS Workbench 2019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）右键Coordinator Systems，插入Coordinate System。

3）右键Model，插入Symmetry，再右键Symmetry，插入Periodic Region，依次选择周期边界。

4）分别右键选择壁面，在弹出快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称gas_inlet，shalft，symm_a和symm_b，设置命名计算域fluid_out和fluid_in，单击OK按钮确认。

5）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。

6）网格参数设置，在Element Size中输入6mm，在Quality中，Smoothing选择High。

7）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。

8）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。

9）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。

10）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，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Steady，勾选Gravity，Z填入-9.81。

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Mixture，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water-liquid，在Phase-2对话框中，Phase Material选择air，单击OK按钮确认并关闭对话框。

4）在Phase Interaction对话框中，勾选Surface Tension Force Modeling，Surface Tension Coefficient填入0.072，单击OK按钮确认退出。

5）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)，单击OK按钮确认并关闭对话框。

6设置边界条件  

1）创建周期边界条件。在命令栏输入以下命令，选择周期边界的ID，创建周期性边界。

mesh/modify-zones/make-periodic

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

3）在边界条件面板中，选择gas_inlet，Type选择velocity inlet，phase选择phase-2，弹出边界条件设置对话框。Velocity Magnitude输入0.05，在Multiphase选项卡中，Volume Friction输入1，单击OK按钮确认退出。

4）在边界条件面板中，双击shalft弹出边界条件设置对话框。Wall Motion选择Moving Wall，Motion选择Rotational，Speed输入340rpm，单击OK按钮确认退出。

5）在Cell Zone Conditions中，双击fluid_rotor弹出边界条件设置对话框。勾选Frame Motion，Rotational Velocity输入340rpm，单击OK按钮确认退出。

7 初始条件  

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，Compte from选择inlet，单击Initialize按钮进行初始化。

8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1000，单击Calculate开始计算。

9结果后处理  

1）双击A6栏Results项，进入CFD-Post界面。

2）显示气体组分云图。

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