FLUENT仿真趣味案例：煮元宵过程模拟

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 2020→Workbench命令，启动Workbench 2020，进入ANSYS Workbench 2020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）右键壳体入口平面，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，输入名称heater，ball和top，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→Method。MEthod选择MultiZone。

4）右键单击模型树中Mesh选项，依次选择Mesh→Insert→Sizing。Type选择Body of Influence，Element size填入5mm。

5）网格参数设置，在Element Size中输入10mm，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water-vapor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Energy按钮，弹出Energy（能量模型）对话框，勾选Energy Equation，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Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择RNG 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。

4）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，Number of Eulerian Phases填入3，单击OK按钮确认并关闭对话框。

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

6）在Phase设定对话框中，双击Interaction按钮，弹出Phase Interaction对话框，在Mass选项卡中，Number of Mass Transfer Mechanisms选择1，在Mechanism中选择evaporation-condensation，单击Edit按钮进入evaporation-condensation model对话框，Saturation Temperature填入100，Evaporation Frequency填入0.2，Condensation Frequency填入0.1，单击OK按钮确认。

6   设置动网格

1）双击Dynamic Mesh按钮，弹出Dynamic Mesh面板，勾选Dynamic Mesh，Mesh Methods中的Smoothing和Remeshing，单击Settings按钮弹出Mesh Method Settings对话框，设置Smoothing和Remeshing参数。

2）在Dynamic Mesh面板，options中勾选Six DOF，单击Settings按钮弹出options对话框，分别创建两个Six DOF模型。

（3）在Dynamic Mesh Zones中设置小球的动网格区域。

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heater，Temperature输入800，单击OK按钮确认退出。

（3）双击top，Temperature输入110，单击OK按钮确认退出。

8   初始条件 （1）单击主菜单中Solve→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heater，单击Initialize按钮进行初始化。

（2）单击主菜单中Domain→Adapt→Refine按钮，弹出Adaption Controls对话框，单击Cell Registers→New→Region按钮，弹出Region Register对话框，设置水区域。

（3）在Solution Initialization（初始化设置）面板中，单击Patch按钮，弹出Patch对话框，在Zone to Patch中选择新建立的水区域，Variable中选择Volume Fraction，在Value中填入0，单击Patch按钮。

（4）同步骤（3），设置Temperature为98。

9   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 Size填入0.01，Number of Iterations中输入2000，单击Calculate开始计算。

10   结果后处理

1）双击A6栏Results项，进入CFD-Post界面。

2）显示水相体积百分数等值面图。

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