FLUENT明渠邊界應(yīng)用
2016-10-07 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
FLUENT的VOF模型中,包含有明渠流動(Open Channel Flow)選項,同時含包含有造波邊界(Open Channel Wave BC),用戶還可以使用Numerical Beach選項進行邊界消波處理。想深入了解此功能的童鞋們,可以查看fluent文檔。這里我們以一個簡單的實例來說明這三個選項的使用方法。
1、問題描述
這里方便起見,以2D問題為例。水深2.7m,長度20m,水面標(biāo)高0m。計算域如圖1所示。設(shè)置左側(cè)面為速度入口邊界,速度v=0.5m/s,右側(cè)面為自由出流邊界。采用open channel wave BC邊界需要設(shè)定入射波。本問題中,設(shè)定波高0.4m,波長2m,波頭角0°,相位角-270°。
圖1問題描述
2、在workbench中建立模型
啟動workbench,拖拽方式加入fluent模塊,如圖2所示。右鍵點擊A2單元格,選擇Properties,在彈出的屬性框中設(shè)置Analysis Type為2D。雙擊A2單元格進入DM模塊。
圖2加入fluent模塊
3、DM中建立幾何
選擇XYPlane進行草圖繪制(注意2D幾何必須創(chuàng)建與XY平面上)。進入Sketching標(biāo)簽頁,選取合適的草圖繪制工具,繪制如圖1所示的幾何。草圖繪制完畢后,選擇Concept > Surface From Sketches,選擇Base Objects為繪制好的草圖,點擊Generate創(chuàng)建surface。退出DM模塊。
圖3建立surface
4、劃分網(wǎng)格
雙擊圖2所示的A3單元格進入mesh模塊。為計算域劃分網(wǎng)格。在樹形菜單上點擊右鍵,選擇insert > Mapped Face Meshing,選擇幾何體,采用map方式劃分網(wǎng)格。
右鍵點擊mesh,選擇子菜單insert > sizing,選擇幾何,設(shè)置element size為0.1。
右鍵點擊mesh,選擇子菜單Generate mesh,生成網(wǎng)格。
選擇左側(cè)邊,點擊右鍵,選擇Create named selection,設(shè)置邊界名稱為velocity_inlet。如圖4所示。同樣操作設(shè)置右側(cè)邊界名稱為outfow。設(shè)置上邊界名稱為walls_top,設(shè)置底部邊界名稱為walls_bottom(這里命名遵循一定規(guī)則的話,導(dǎo)入至fluent會自動識別邊界類型,否則需要人工指定邊界類型)。
圖4指定邊界名稱
退出mesh模塊。右鍵點擊A3單元格,選擇Update以更新數(shù)據(jù)。
5、進入FLUENT,設(shè)置general項設(shè)置
雙擊圖2中的A4單元格,進入FLUENT設(shè)置。選擇Double Precision(雙精度)計算。
這里不需要進行scale操作,設(shè)置Generate中Time為transient(瞬態(tài)計算),勾選Gravity項,設(shè)置重力加速度方向為Y軸-9.81。如圖5所示。
圖5 General設(shè)置
6、設(shè)置VOF
進入Models項,選擇MultiPhase,點擊Edit按鈕,設(shè)置多相流。進行如圖6所示設(shè)置。
圖6設(shè)置VOF模型
7、設(shè)置湍流模型
選擇RNG k-epsilon模型,選用scalable wall function。如圖7所示。
圖7設(shè)置湍流模型
8、添加材料水
進入material項,添加水至材料清單中。(此步太基礎(chǔ),篇幅所限,略去)
9、設(shè)置Phases
進入Phases項,設(shè)置空氣為主相,水為第二相。
10、設(shè)置計算域?qū)傩?
進入Cell Zone Conditions項,確保Phases下選擇的是Mixture,點擊Edit按鈕編輯流體域?qū)傩浴?
進入Multiphase標(biāo)簽頁,勾選Numerical Beach選項,設(shè)置Free Surface Level(自由液面表高)為0,設(shè)置Bottom Level(河床標(biāo)高)為-2.7,設(shè)置流動方向x為1,y為0。設(shè)置Damping Length Specification為End Point and Wave Lengths,設(shè)置End Point(波結(jié)束點)為18,wave length(波長)2,number of Wave Length(波數(shù))4,其他采用默認(rèn)設(shè)置。點擊OK確認(rèn)完成計算域設(shè)置。
11、邊界條件設(shè)置
主要設(shè)置入口邊界與出口邊界。進入Boundary Conditions項,選擇Velocity_inlet,可以看到,fluent自動匹配邊界類型為velocity inlet。確保phase選擇為mixture,點擊Edit進入邊界條件編輯。
勾選Open Channel Wave BC,設(shè)置入口速度Uniform Flow Velocity Magnitude為0.5m/s,設(shè)置湍流強度2%,水力直徑5.4m。如圖8所示。
圖8邊界條件設(shè)置
進入Multiphase標(biāo)簽頁,設(shè)置參數(shù)如圖9所示。這些參數(shù)說明可以詳見FLUENT幫助文檔。
圖9多相流設(shè)置
Outflow邊界采用默認(rèn)設(shè)置即可。
12、其他需要設(shè)置的內(nèi)容
瞬態(tài)計算,用戶可以設(shè)置在Calculation Activities中設(shè)置自動保存以及動畫。
13、初始化
選擇velocity_inlet邊界進行初始化,同時patch水位線以下部分為水。
選擇Adapt > Regions,如圖10進行設(shè)置,點擊Mark按鈕標(biāo)記單元。
圖10標(biāo)記單元
點擊Solution Initialization項中的Patch按鈕,如圖11進行設(shè)置。點擊patch按鈕。
圖11 patch操作
14、進行計算
進入Run Calculation項,設(shè)置Time Step Size為0.01s,設(shè)置number of Time Step為1000,其他采用默認(rèn)設(shè)置。點擊Calculate進行計算。
15、總結(jié)
(1)FLUENT只能創(chuàng)建淺波,波高與水深的比值有上限,可以查閱理論文檔。本例不一定滿足條件。
(2)可以在numerical beach中設(shè)置波的數(shù)量。
(3)利用不同wave theory可以創(chuàng)建不同的波型,具體理論參閱fluent theory guide。
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