Fluent VOF仿真实战:水箱注水过程的可视化

工况描述:

一个空的水箱,水从入口注入。如下图所示,经过一个U型管后,水从出口流出。进口水质量流量为0.2 kg/s,仿真3.5s,观察这段时间内水箱内水流动状态。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图1



1、启动Fluent,设置如下。单核或者多核计算都可以。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图2



2、读入网格,网格在文章末尾有下载链接。进行网格缩放。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图3



3、湍流模型设置,选择realizable k-ε turbulence。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图4



4、设置多相流模型。选择VOF模型。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图5



VOF多相流模型,需要设置相。工况中是空气和水,Fluent中默认是空气,需要将水从材料数据库中调出来。当调出水后,设置第一相为水,如下图所示。同样操作,设置第二相为空气,命名为air,材料选择空气。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图6



设置表面张力模型,选择CSF模型。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图7



设置操作条件,主要设置重力和Specified Operating Density。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图8



5、边界条件设置。由于多相流模型中存在多相,因此边界条件需要分别对多相进行设置。本工况中含有水和空气两项,因此,边界需要分别对混合(mixture)、水和空气进行设置。


5.1 进口Inlet,对于mixture相,边界类型设置为Mass-Flow Inlet质量流量入口。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图9

进口Inlet,对于water相,设置进口水质量流量为0.2 kg/s。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图10

进口Inlet,对于water相,设置进口水质量流量为0 kg/s,即进口都是水。



5.2 出口Outlet,对于mixture相,边界类型设置为pressure-outlet压力出口。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图11

出口Outlet,对于air相,设置Backflow Volume Fraction为1,即水不反流。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图12


5.3 水箱上端开口ambient的边界设置,和outlet边界一摸一样设置。



6、求解设置,选择PISO,其余保留默认设置。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图13



松弛因子设置如下。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图14



7、初始化,开始时刻水箱是空箱,即充满是空气。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图15



8、求解,设置时间步长0.01s,计算3.5秒。然后点击计算。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图16



9、后处理

3.5s的水状态。

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图17



3.5s内注水动画如下:

Fluent VOF仿真实例-水箱注水的图18


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