流体-旋转容器压力分布分析

...................................................................................................................................渐扩管模型介 前处 求解设 启动 模型设 添加材 边界条件设 求解方法设 流场初始 求 后处 残差收敛曲 管路中心线压力分 云图显 矢量图显 流线显 结 液体的相对平衡是工程实际中常遇到的问题，如在离心式铸造机、离心式水泵中，在等角速度旋转条件下，液体与这些容器处于相对平衡状态。以离心泵为例，在泵体内和吸水管内注满水后，利用高速旋转的叶轮带动泵体内的水一起旋转，通过离心力把水甩出叶轮外缘后汇集于逐渐扩大的泵体中。在扩压管中水的动能转化为更高的压力，从而把水压出扩压管。叶轮进口则会形成真空区域，吸水池上的水如此循环就是离心泵的工作原理。为了对离心泵的工作原理有更直观的理解，并把流体力学、计算流体力学等课程所学知识举一反三地应用，本文采用Fluent对等角速度旋转容器中液体的相对平衡问题进行了分析研究。采用Fluent层流VOF d=1mH=1mh=0.5m。使容器绕垂直轴以角速度ω=3rad/s作稳态旋转。如下图所示。图1 ICEMCFDFluent软90upcycwall、downwall轴axisICEMCFDxuanzhuan.msh文件。图2图3启动FluentDimension2D图4Fluent求解器设SolverType设置为Pressure-Based，SolverTime设置为Transient，设置0。如下图所示。多相流模型设多相流中相设打开模型树中的【Models】→【Multiphase】→【PhasesPrimaryPhase的名称为air，材料为air，SecondaryPhase的名称为water，材料为water-liquid。其湍流模型设打开模型树中的【Model】→【Viscous】选择k-epsilon模型，其余保持默认，5Model添加材双击模型树中的【Materials】。双击air材料，在弹出的框右侧选【Fluentdatabase】，在FluentDatabaseMaterials框中找到water-liquid项，单击下方copy选项。其他设置保持默认。如下图所示。6设置操作条默认（国际标准大气压值勾选SpecifiedOperatingDensity，设置OperatingDensity1.225，选择默认密度大相作为参考。如下图所示边界条件设pressure-inlet，Gaugetotalpressure设置为0，su icgaugepressure设置为0，specificationmethod设置为intensityandlengthscale，设置turbulentintensity为5，turbulentlengthscale为0.035。其他设置保持默认。如下图所示。watervolumefraction0方的TYPEwallWallmotion设置为movingwallrelativetoadjacentcellzonespeed3。其他设置保持默认，如下图所示。求解方法设设置为PRESTO！，其他选项保持默认，如下图所示。打开模型树中【Solution】→【Controls】，选项设置如下图报告定义设除了监测计算过程中残差的变化外，还需要定义新的，右击【ReportDefinitions→【New】→【surfaceReport】→【vertexaverage】，弹出如下图所示的框，【newsurface】选择point。弹 打开模型树中【Solution】→【Moinitors】→【ReportPlots】，点击New，在AvailableReportDefinitionsreport-def-0Add，将其添加到SelectedReportDefinitionsX-AxisLabelflow-time，如下图所示计算残差右击【Residual】→【convergencecriterion】→none流场初始双击【InitializationHybridInitialization改为StandardInitialization，在Computefrom框中选择up，单击Initialize，如下图所示。9单击SettingUp选项卡中Adapt选项卡中的Mark/AdaptCells，为1，单击Mark。单击Mark。如下图所示双击【InitializationPatch。Phasewater，VariableVolumeFractionRegisterstoPatchr01在userdefine中点击customfieldfunctioncalculator在fieldfunction中选择mesh，选择radialcoordinate，在definition设置3*radialcoordinate，设置newfunctionname为swirl-vdefine。如下图所示Initialization单击PatchPhase选择mixture，Variable选择swirlvelocity，vRegisterstoPatchr0viewmirrorplaner设置cameraparameters，设置如下双击左侧树Results下的Contour，创建云图，Contourof选择velicity的swirlvelicity，Options中勾选Filled，单击Save/Display，如下图所示。图中清晰地展计算自动保存设打开【CalculationActivities】→【Autosave】，设置SaveDataFileEvery（TimeSteps）为100，，设置AppendFileNamewith 为flow-time，设置DecimalPlacesinFileName为3。如下图所示求会出现相应的提示。若设置完全正确，会出现图10所示框。为2000，TimeStepMethod为Fixed，MaxIterations/TimeStep为20。如下图所残差收敛曲线压力分PlotsXYPlotNewSurface中创建线，切取所需线【create】云图显ResultsContour，创建云图，ContourofPhaseVolumefraction，Options中勾选Filled，单击Save/Display，如下图所示2sResultsContourContour1ContourofPressureStaticPressureSave/Display，结果如下图所示2s矢量图显双击左侧树Vectors，如下图17所示，在Surface中选择int_fluid，Vectorsof选为Velocity，适量箭头Scal