【详细FLUENT实例讲座】90°弯管冲蚀计算 |
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注:资料来源于ANSYS官方实例教程。 1引言本例的目的在于利用FLUENT侵蚀模型研究3D弯管受粒子冲击造成的侵蚀现象。侵蚀现象在工程应用中是一种比较普遍的现象。 本例主要展现以下几点内容: (1)使用侵蚀模型分析3D弯管的侵蚀 (2)如何使用离散相模型 (3)使用合适的求解设置建立并求解模型 (4)结果数据的后处理。 2前置要求本例假定读者已熟悉FLUENT的操作界面,并且已了解FLUENT求解设置的一般过程。一些基本的操作步骤不会描述得过于详细。同时,要求读者对于FLUENT中的离散相模型有一定的了解。 3问题描述本例的计算几何如图1-1所示。计算几何由两个90°弯管组成。
![]() 图1-1几何模型 水从inlet入口以法线方向10m/s速度流入计算域,outlet出口被假定为outflow边界。流场求解采用湍流模型,等温及稳态求解条件。 粒子密度1500kg/m3,以速度10m/s从inlet入口进入流体域,粒子直径200微米,质量流量1kg/m3。 壁面边界的法向和切向反射率定义为粒子冲击角的多项式函数,在冲蚀模型中,冲击角函数被定义用于描述管道壁面的延性损伤。 本例中,粒径函数定义为常数值1.8e-9,速度指数函数设置为常数2.6,这些值与公开文献保持一致。 4设置与求解Step 1:模型准备 1、以3D版本打开FLUENT软件。如图1-2所示。 2、在FLUENT软件中利用菜单【File】>【Read】>【Mesh】,选择并导入计算网格3d-elbow.msh文件。
![]() 图1-2启动FLUENT Step 2:General面板设置 1、点击操作树节点General 2、在右侧操作面板中点击Scale…按钮,进行模型尺寸确认。 3、点击check…按钮,检查网格质量。 4、点击display…按钮,在图形区域显示网格。 5、其它参数保持默认。
![]() 图1-3 General面板参数设置 Step 3:Models设置 1、点击操作树节点Models进入模型操作面板。 2、设置viscous为标准k-e湍流模型。 鼠标双击模型列表中的viscous-laminar列表项,在弹出的设置对话框中进行如图1-4所示的参数设置。点击OK按钮确认参数设置并关闭对话框。
![]() 图1-4设置湍流模型 3、设置离散相模型 鼠标双击Models列表框中Discrete Phase列表项,进入离散相设置面板。 (1)勾选选项Interaction with Continuous Phase (2)设置Number of Continuous Phase Interations per DPM Iteration为5 (3)设置Tracking标签页下参数max. Number ofSteps为10000,设置Step LengthFactor参数为5 (4)切换至Physical Models标签页,勾选激活选项Erosion/Accretion,其他参数保持默认设置。
![]() 图1-5离散相设置 4、设置粒子入射 鼠标点击图1-5面板中的按钮Injections…,进入粒子入射设置面板。 (1)点击Create按钮创建新的粒子入射。弹出如图1-6所示的入射定义面板。 (2)设置Injection Type为surface,并在Release From Surfaces列表框中选择inlet为粒子入射位置。 (3)选择Particle Type为Inert。 (4)设置Point Properties标签页,设置Z-Velocity为10,设置Diameter为0.0002,设置Total Flow Rate为1。 (5)进入Turbulent Dispersion标签页,勾选Discrete Random Walk Model,设置Number of Tries参数值为10。如图1-7所示。
![]() 图1-6创建粒子入射
![]() 图1-7设置湍流弥散 Step4:Material设置 (1)点击模型操作树节点Materials (2)鼠标双击右侧面板材料列表项anthracite,进入材料编辑面板 (3)修改Name为sand,修改Density为1500 点击按钮Change/Create保存修改,在弹出的对话框中选择Yes按钮。 操作过程如图1-8所示。
![]() 图1-8修改材料属性 (4)点击按钮Fluent Database…,在FLUENT材料数据库中寻找到材料water-liquid(h2o),点击Copy按钮将其拷贝到材料列表中。 (5)点击Close按钮关闭材料对话框。 Step 5:Cell Zone Conditions设置 (1)点击模型操作树节点Cell Zone Conditions,进入计算域设定面板。 (2)点击Edit按钮,进入设定对话框 (3)设定fluid的材料为water-liquid,如图1-9所示。
![]() 图1-9计算域设置 Step6:Boundary Conditions设置 点击模型树节点Boundary Conditons进入边界条件设置面板。 1、inlet边界设置 (1)设置Velocity Magnitude为10m/s (2)设置Turbulence SpecificationMethod为Intensity and HydraulicDiameter (3)设置Turbulence Intensity为5% (4)设置Hydraulic Diameter为0.05 点击OK按钮关闭inlet边界设置对话框。 2、outlet边界设置 修改outlet边界类型为outflow,其它参数保持默认。 3、wall边界设置 需要在wall边界中指定粒子与壁面的碰撞行为。鼠标选择Zone列表中的wall,点击下方按钮Edit…,进入wall边界设置对话框。 (1)进入DPM标签页 (2)设置Discrete Phase ReflectionCoefficients,包括Normal及Tangent (3)点击Normal右侧按钮Edit,弹出如图1-10所示对话框,按图中参数进行设置。 提示:多项式指定方式经常会遇到。图中的多项式指定表达的函数为:y=0.993-0.0307x+(4.75e-4)x2-(2.61e-6)x3,x为in terms of下的选项,本例中为angle
![]() 图1-10法向多项式指定 |
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