使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象

2017-01-10  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)


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使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent分析圖片1


1 引子
2 問題描述
3 模型準(zhǔn)備
4網(wǎng)格
5模型設(shè)置
6 材料設(shè)置
7 設(shè)定注入器
8 修改材料
9 Cell zone Conditions設(shè)置
10 邊界條件設(shè)置
10.1 inlet入口設(shè)置
10.2 出口設(shè)置
10.3 壁面邊界設(shè)置
11 初始化及計(jì)算
12 查看粒子追蹤
13 查看壁面沖蝕


1 引子

本案例的目的在于演示如何使用FLUENT軟件模擬計(jì)算3D彎頭中的沖蝕現(xiàn)象。沖蝕現(xiàn)象在工程應(yīng)用中是一種非常普遍的現(xiàn)象。
本案例主要展示以下內(nèi)容:

  • 使用沖蝕模型分析3D彎頭中的沖蝕現(xiàn)象

  • 使用離散相模型

  • 使用合適的求解參數(shù)求解案例

  • 計(jì)算后處理

2 問題描述

本案例的幾何模型如下圖所示。該模型由兩個(gè)90°彎頭及連接管道構(gòu)成,介質(zhì)水從inlet口進(jìn)入,從outlet口流出。


使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent培訓(xùn)課程圖片2


  • 水流入速度10m/s,出口假設(shè)為outflow邊界,在求解過程中考慮湍流、等溫及穩(wěn)態(tài)條件。

  • 密度1500kg/m3的顆粒從入口以初速度10m/s進(jìn)入管道,顆粒直徑為200微米,質(zhì)量流量1kg/s

  • 顆粒在壁面上的法向及切向反彈系數(shù)定義為顆粒沖擊角的多項(xiàng)式函數(shù)。在建立沖蝕模型時(shí),沖擊角函數(shù)被用于定義管道壁面的塑性沖蝕(不同的沖擊角造成的管道壁面的損傷不同)

  • 本例中,顆粒的粒徑函數(shù)定義為常數(shù)1.8×10?9" role="presentation">1.8×10?91.8×10?9

3 模型準(zhǔn)備

本案例采用已有的網(wǎng)格模型,模型已放入百度云盤,點(diǎn)擊閱讀原文,進(jìn)入下載頁面。
以3D模式啟動(dòng)FLUENT

4 網(wǎng)格

  • 讀入網(wǎng)格文件3d-elbow.msh

  • 利用Scale檢查網(wǎng)格尺度并縮放網(wǎng)格

  • 利用Check按鈕檢查網(wǎng)格及網(wǎng)格質(zhì)量

  • 選擇所有邊界面,顯示計(jì)算網(wǎng)格,如下圖所示。


  • 使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent培訓(xùn)課程圖片3


5 模型設(shè)置

  • 添加Realizable k-epsilon湍流模型

  • 雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Models > Discrete Phase(Off),彈出如下圖所示對(duì)話框。

  • 設(shè)置激活I(lǐng)nteraction with Continuous Phase

  • 設(shè)置Number of Continuous Phase Interactions per DPM Iteration為5

  • 設(shè)置Max. Number of Steps參數(shù)值為10000


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  • 進(jìn)入Physical Models標(biāo)簽頁,選擇激活Erosion/Accretion選項(xiàng),如下圖所示


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6 材料設(shè)置

從材料數(shù)據(jù)庫中添加液態(tài)水water-liquid(h2o)

7 設(shè)定注入器

  • 雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Models > Discrete Phase > Injections打開注入器定義對(duì)話框


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  • 點(diǎn)擊對(duì)話框上按鈕Create創(chuàng)建注入器,彈出創(chuàng)建對(duì)話框,如下圖所示

  • 在Point Properties標(biāo)簽頁下

    • 設(shè)置Injection Type為Surface

    • 設(shè)置Release From Surface為inlet

    • 設(shè)置z-velocity為10

    • 設(shè)置Diameter為0.0002

    • 設(shè)置Total Flow Rate為1


      使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent培訓(xùn)的效果圖片7


  • 進(jìn)入Turbulent Dispersion標(biāo)簽頁下,激活Discrete Random Walk Model,設(shè)置Number of Tries參數(shù)為10,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框


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8 修改材料

修改顆粒材料anthracite,修改其名稱為sand,密度修改為1500,如下圖所示。點(diǎn)擊Change/Create按鈕確認(rèn)更改。關(guān)閉對(duì)話框。


使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent結(jié)果圖片9


9 Cell zone Conditions設(shè)置

將計(jì)算區(qū)域介質(zhì)設(shè)置為液態(tài)水。如下圖所示。


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10 邊界條件設(shè)置

邊界條件中需要設(shè)置進(jìn)出口及壁面邊界條件。

10.1 inlet入口設(shè)置

  • 入口設(shè)置如下圖所示


  • 使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent結(jié)果圖片11


10.2 出口設(shè)置

  • 設(shè)置出口邊界outlet的邊界類型為outflow。

    使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent結(jié)果圖片12


    本案例采用17.0版本演示,改變邊界類型的方式與早期版本有些許不同,這里使用右鍵點(diǎn)擊邊界,選擇Type,然后更改類型

10.3 壁面邊界設(shè)置

本例的壁面邊界wall中主要需要設(shè)置DPM標(biāo)簽頁下的內(nèi)容,如下圖所示。

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需要設(shè)置圖中五個(gè)位置的內(nèi)容:


  • Normal:法向反彈系數(shù)
    本案例定義法向反彈系數(shù)為:

    εN=0.993?0.0307α+4.75×10?4α2?2.61×10?6α3" role="presentation">εN=0.993?0.0307α+4.75×10?4α2?2.61×10?6α3εN=0.993?0.0307α+4.75×10?4α2?2.61×10?6α3


    定義方式如下圖所示:


  • 使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent流體分析圖片14


  • Tangent:切向反彈系數(shù)
    本案例定義切向反彈系數(shù)為:

    εT=0.998?0.029α+6.43×10?4α2?3.56×10?6α3" role="presentation">εT=0.998?0.029α+6.43×10?4α2?3.56×10?6α3εT=0.998?0.029α+6.43×10?4α2?3.56×10?6α3


    采用下圖所示方式進(jìn)行定義:


  • 使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent流體分析圖片15


  • Impact Angle Function:沖擊角函數(shù)。沖擊角函數(shù)采用分段線性方式進(jìn)行定義,數(shù)據(jù)如表所示。


Point Angle Value
1 0 0
2 20 0.8
3 30 1
4 45 0.5
5 90 0.4

采用下圖方式進(jìn)行定義:


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  • Diameter Function:粒徑函數(shù),本案例取1.8e-9

  • Velocity Exponent Function:速度指數(shù)函數(shù),本案例取2.6,如下圖所示。


  • 使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent仿真分析圖片17


11 初始化及計(jì)算

12 查看粒子追蹤



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使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動(dòng)沖蝕現(xiàn)象fluent圖片19

13 查看壁面沖蝕




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