ansys fluent中的气穴算例之中文版.doc

21.3. 问题描述这个问题是考虑由于孔边缘变化剧烈而形成的气穴。流动是压力流，入口压力5*105Pa，出口压力9.5*104Pa，孔的直径为4mm，D/d=2.88，L/r=8，D为入口直径，r为孔径，L为孔长。具体结构如图所示。21.4.1. 预备下载cavitation.zip ，解压 cavitation.zip.获得cav.msh .2D 模式打开 FLUENT，选择 Double Precision.（多相流一般推荐 Double Precision）21.4.2. Step 1: 网格读取网格文件cav.msh.File Read Mesh.21.4.3. Step 2: General Settings 普通设置1、Check the mesh.检查网格选择窗口左面的General ，在General中的mesh窗口中选择check。以保证最小体积为正值。2、 Check the mesh scale.检查网格的尺寸在General中的mesh窗口中选择scale。保持默认设置关闭 Scale Mesh窗口Examine the mesh (Figure 21.2).Figure 21.2 The Mesh in the Orifice利用轴对称建立了一半的问题模型，四边网格 朝向孔口方向逐渐细化， 在孔内，网格的比率为1 。在计算结束以后，可以沿对称轴对称显示结果。由于气泡较小，流速很快, 重力忽略不计，完全轴对称. 否则的话，你就要建立一个3D模型了。4、Specify an axisymmetric model.设定轴对称模型在General中的solver窗口中的 Type 选项中保持Pressure-Based （多相流必须选择 pressure-based 求解器）；在2D Space 选项中，选择 Axisymmetric 。注意：严谨的瞬态计算要准确的模拟气泡形成、发展、由喷嘴喷进以及破灭的不规则周期。在这个练习，我们进行的是稳态的计算来仿真时间平均流中气泡在分离区域的出现。21.4.4.Step 3: Models设置模型 在fluent窗口左侧选择Models1、Enable the multiphase mixture model.设置多向混合流 ModelsMultiphaseEdit.A、在Model 选项中选择Mixture.“ Multiphase Model”窗口出现.B、 把Multiphase Model”窗口中Mixture Parameters 的Slip Velocity 前的对号出去.这里不选用Slip Velocity 。因为在这个练习中涡流强烈不会有大的气泡产生，所以重力不重要，因此这里没有必要选择slip velocity.C、单击 OK 关闭Multiphase Model 窗口2、Enable the standard k- turbulence model with standard wall functions.选择标准的k- 涡流模型。 Models Viscous Edit.A、在Model选项中选择 k-epsilon B、在k-epsilon Model选项中选择 Realizable.C、在Near-Wall Treatment 选项中保持默认选项的 Standard Wall Functions .D、单击 OK 关闭 Viscous Model 窗口。21.4.5. Step 4: Materials 材料选择窗口左边的 Materials1、给主相添加材料 Materials Fluid Create/Edit.A、在Name输入water。B、在Density输入1000 C、在Viscosity输入0.001.D、单击Change/Create.出现Question 窗口为你是否覆盖air. 单击Yes.2、Copy water vapor from the materials database and modify its properties.从材料库复制水蒸气，并修改相应属性。MaterialsFluidCreate/Edit.A、单击 FLUENT Database. 按钮，打开FLUENT Database Materials窗口。a、FLUENT Fluid Materials选项列表中选择water-vapor (h2o) .滑动滑条就可以找到water-vapor (h2o).b、单击 Copy 使water vapor 进入模型.c、关闭 FLUENT Database Materials 窗口.B、Density中输入0.02558C、Viscosity中输入1.26e-06.D、单击Change/Create ，然后单击close关闭 Create/Edit Materials窗口.21.4.6. Step 5: Phases 相单击窗口左边的 Phases1、Specify liquid water as the primary phase.指定水为主相 Phases phase-1Edit.A、在Name输入 liquid.B、在Phase Material 下拉列表中保持默认设置为 water .C、单击OK 关闭Primary Phase 窗口.2、 Specify water vapor as the secondary phase.指定水蒸气为第二相Phasesphase-2Edit.A、在Name输入 vapor .B、在Phase Material 下拉列表中选择water-vapor .C、单击OK 关闭Secondary Phase 窗口.3、 Enable the cavitation model.设置气穴模型PhasesInteraction.（1） 单击Mass 标签.设置Number of Mass Transfer Mechanisms 为1.确定Mass Transfer 选项中From Phase下拉菜单中 liquid被选中、在To Phase 下拉菜单中 vapor被选中 .在Mechanism下拉菜单中选中cavitation.此时Cavitation Model窗口出现.保持默认设置，尤其是保持Vaporization Pressure为3540.注意汽化压力是与工作液体的温度有关. 这里水的汽化压力对应的温度是300K。 .单击OK关闭 Cavitation Model 窗口.单击 OK关闭Phase Interaction 窗口.21.4.7. Step 6: Boundary Conditions 边界条件在窗口左边选中 Boundary Conditions对于多相流而言，要指定各相以及混合物的边界条件。在这个练习中 ，只要在进出口指定混合物和第二相的边界条件就可以。压力出口是downstream boundary顺流边界。与pressure inlets相反.1、Set the boundary conditions at inlet_1 for the mixture.设置inlet_1处混合物的边界条件Boundary Conditionsinlet_1Edit.（1） 在 Total Gauge Pressure（总压）设置为500000；在Supersonic/Initial Gauge Pressure（初始化压力）设置为449000。如果选择压力入口初始条件进行计算（pressure-inlet conditions），Supersonic/Initial Gauge Pressure将与总压力（驻点压力stagnation pressure、 Total Gauge Pressure）联合在一起去计算初始值，在可压缩流动时根据等熵关系进行计算，在不可压缩流动时，是根据白努力方程进行计算。否则，在不可压缩流动计算中，Supersonic/Initial Gauge Pressure 输入会被Fluent忽略不计。在这个问题中，速度将根据这两个值的不同进行初始化。（2）在 Direction Specification Method 下拉菜单保持默认选择Normal to Boundary（3）在Turbulence 选框中的Specification Method 下拉菜单中保持默认选择 K and Epsilon （4）在 Turbulent Kinetic Energy输入0.02.（5）在Turbulent Dissipation Rate项保持 1 （6）单击 OK 关闭Pressure Inlet 对话框.2、在inlet-1 为第二项设置边界条件Boundary Conditionsinlet_1（1）在Phase 下拉菜单中选择vapor.（2）单击 Edit. 打开 Pressure Inlet 对话框. （3）单击Multiphase 标签保持Volume Fraction默认值为 0.（4）单击OK关闭Pressure Inlet 对话框.3、将inlet_1处的边界条件复制到inlet_2.Boundary Conditionsinlet_1（1）在Phase 下拉菜单中选择mixture.（2）单击 Copy. 打开Copy Conditions对话框.1）从From Boundary Zone选择菜单中选择inlet_1.2）从To Boundary Zones选择菜单中选择inlet_2.3）单击 Copy.一个Warning 对话框将打开， 询问你是否将inlet_1 边界条件复制到inlet_2. 单击OK.4）关闭Copy Conditions对话框.4、对outlet 设置混合物的边界条件.Boundary ConditionsoutletEdit. （1）在Gauge Pressure输入95000（2）在Turbulence 分组框中的Specification Method下拉菜单保持默认选项 K and Epsilon.（3）Backflow Turbulent Kinetic Energy输入 0.02.（4）在Backflow Turbulent Dissipation Rate 保持默认 1.（5）单击 OK关闭 Pressure Outlet对话框.5、在 outlet 设置第二相的边界条件.Boundary Conditionsoutlet（1）在Phase下拉菜单选择vapor.（2）单击 Edit. to open the Pressure Outlet 对话框.1）单击 Multiphase标签保持Volume Fraction为0.2）单击OK关闭 Pressure Outlet对话框.21.4.8.Step 7: Operating Conditions 操作条件选择Boundary Conditions 1. 设置 operating pressure. Boundary ConditionsOperating Conditions. a. 在 Operating Pressure输入 0. b. 单击OK 关闭 Operating Conditions 对话框. 21.4.9.Step 8: Solution 解答1、设置solution参数.选择Solution Methods （1）Pressure-Velocity Coupling 分组框中的the Scheme的下拉菜单选择 Coupled.（2）Spatial Discretization分组框中的Pressure的下拉菜单选择PRESTO!.（3）Momentum 、Volume Fraction、Turbulent Kinetic Energy、 Turbulent Dissipation Rate设置 QUICK2、设置 solution controls.选择Solution Controls（1）Vaporization Mass设置 0.5.（2）Volume Fraction 设置0.95 . 注意: 对于高压降或者大流气比率的复杂算例而言，under-relaxation factors要降低到0.1-0.2之间。Vaporization Mass推荐为0.1， under-relaxation factor可以设置为0.001到1.3、设置残差绘图.MonitorsResidualsEdit. （1）在Option分组框中确保Plot被选择.（2）continuity设置为1e-07；设置x-velocity,y-velocity,k,and epsilon为1e-05.降低此值会提高计算准确度（3）单击 OK 关闭 Residual Monitors 对话框.4、Initialize the solution.初始化计算选择Solution Initialization （1）在Initialization Methods 分组框中选择Hybrid Initialization.（2）单击 Initialize 初始化计算. 注意: 对于复杂拓扑的流动来说，混合初始化可以比标准初始化提供更好的初始化速度和压力场，这样可以改善求解器的收敛性。5、保存case 文件File Write Case.6、开始计算，设置迭代500次选择Run Calculation（1）在 Number of Iterations输入500.（2）单击Calculate.这个例子大概在 293 次迭代之后收敛。.7、保存 data file .File Write Data.21.4.10.Step 9: Postprocessing 后处理1、绘制孔内压力Graphics and AnimationsContoursSet Up. （1）在Options 分组框确保Filled选中 （2）保持Contours of下拉菜单中的默认选择Pressure. 中 Static Pressure。（3）单击 Display 关闭 Contours 对话框. 低的静压是导致气穴现象形成的主要原因。其次，涡流由于压力波动和涡流扩散也是影响气穴现象形成的原因。2、通过中心线镜化显示。 Graphics and AnimationsViews. （1）从 Mirror Planes选择菜单中选中symm_2 和symm_1. （2）单击Apply 关闭Views 对话框. 3、 显示turbulent kinetic energy （涡流动能）. G