搜索FLUENT明渠边界的应用 （Open Channel Flow）
2016-11-30 by:CAE仿真在线 来源:互联网
FLUENT的VOF模型中,包含有明渠流动(Open Channel Flow)选项,同时含包含有造波边界(Open Channel Wave BC),用户还可以使用Numerical Beach选项进行边界消波处理。想深入了解此功能的童鞋们,可以查看fluent文档。这里我们以一个简单的实例来说明这三个选项的使用方法。
1、问题描述
这里方便起见,以2D问题为例。水深2.7m,长度20m,水面标高0m。计算域如图1所示。设置左侧面为速度入口边界,速度v=0.5m/s,右侧面为自由出流边界。采用open channel wave BC边界需要设定入射波。本问题中,设定波高0.4m,波长2m,波头角0°,相位角-270°。
图1 问题描述
2、在workbench中建立模型
启动workbench,拖拽方式加入fluent模块,如图2所示。右键点击A2单元格,选择Properties,在弹出的属性框中设置Analysis Type为2D。双击A2单元格进入DM模块。
图2 加入fluent模块
3、DM中建立几何
选择XYPlane进行草图绘制(注意2D几何必须创建与XY平面上)。进入Sketching标签页,选取合适的草图绘制工具,绘制如图1所示的几何。草图绘制完毕后,选择Concept > Surface From Sketches,选择Base Objects为绘制好的草图,点击Generate创建surface。退出DM模块。
图3 建立surface
4、划分网格
双击图2所示的A3单元格进入mesh模块。为计算域划分网格。在树形菜单上点击右键,选择insert > Mapped Face Meshing,选择几何体,采用map方式划分网格。
右键点击mesh,选择子菜单 insert > sizing,选择几何,设置element size为0.1。
右键点击mesh,选择子菜单Generate mesh,生成网格。
选择左侧边,点击右键,选择Create named selection,设置边界名称为velocity_inlet。如图4所示。同样操作设置右侧边界名称为outfow。设置上边界名称为walls_top,设置底部边界名称为walls_bottom(这里命名遵循一定规则的话,导入至fluent会自动识别边界类型,否则需要人工指定边界类型)。
图4 指定边界名称
退出mesh模块。右键点击A3单元格,选择Update以更新数据。
5、进入FLUENT,设置general项设置
双击图2中的A4单元格,进入FLUENT设置。选择Double Precision(双精度)计算。
这里不需要进行scale操作,设置Generate中Time为transient(瞬态计算),勾选Gravity项,设置重力加速度方向为Y轴-9.81。如图5所示。
图5 General设置
6、设置VOF
进入Models项,选择MultiPhase,点击Edit按钮,设置多相流。进行如图6所示设置。
图6 设置VOF模型
7、设置湍流模型
选择RNG k-epsilon模型,选用scalable wall function。如图7所示。
图7 设置湍流模型
8、添加材料水
进入material项,添加水至材料清单中。(此步太基础,篇幅所限,略去)
9、设置Phases
进入Phases项,设置空气为主相,水为第二相。
10、设置计算域属性
进入Cell Zone Conditions项,确保Phases下选择的是Mixture,点击Edit按钮编辑流体域属性。
进入Multiphase标签页,勾选Numerical Beach选项,设置Free Surface Level(自由液面表高)为0,设置Bottom Level(河床标高)为-2.7,设置流动方向x为1,y为0。设置Damping Length Specification为End Point and Wave Lengths,设置End Point(波结束点)为18,wave length(波长)2,number of Wave Length(波数)4,其他采用默认设置。点击OK确认完成计算域设置。
11、边界条件设置
主要设置入口边界与出口边界。进入Boundary Conditions项,选择Velocity_inlet,可以看到,fluent自动匹配边界类型为velocity inlet。确保phase选择为mixture,点击Edit进入边界条件编辑。
勾选Open Channel Wave BC,设置入口速度Uniform Flow Velocity Magnitude为0.5m/s,设置湍流强度2%,水力直径5.4m。如图8所示。
图8 边界条件设置
进入Multiphase标签页,设置参数如图9所示。这些参数说明可以详见FLUENT帮助文档。
图9 多相流设置
Outflow边界采用默认设置即可。
12、其他需要设置的内容
瞬态计算,用户可以设置在Calculation Activities中设置自动保存以及动画。
13、初始化
选择velocity_inlet边界进行初始化,同时patch水位线以下部分为水。
选择Adapt > Regions,如图10进行设置,点击Mark按钮标记单元。
图10 标记单元
点击Solution Initialization项中的Patch按钮,如图11进行设置。点击patch按钮。
图11 patch操作
14、进行计算
进入Run Calculation项,设置Time Step Size为0.01s,设置number of Time Step为1000,其他采用默认设置。点击Calculate进行计算。
15、总结
(1)FLUENT只能创建浅波,波高与水深的比值有上限,可以查阅理论文档。本例不一定满足条件。
(2)可以在numerical beach中设置波的数量。
(3)利用不同wave theory可以创建不同的波型,具体理论参阅fluent theory guide。
相关标签搜索：FLUENT明渠边界的应用 （Open Channel Flow） Fluent培训 Fluent流体培训 Fluent软件培训 fluent技术教程 fluent在线视频教程 fluent资料下载 fluent分析理论 fluent化学反应 fluent软件下载 UDF编程代做 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析
