流体demo64旋转容器压力分布分析

1、算例来源：原创算例制作：尹航算例校核： 旋转容器压力分布分析目 录摘 要仿真模型 操作步骤 结果分析摘要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，吸水池上的水就会被环境中的大气压压入水管，进入叶轮。叶轮连续旋转，水被不断吸入和排出，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

2、，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 软件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 软件的层流模型和 VOF 模型，对离心泵的工作原理等角速度旋转容器中液体的相对平衡进行数值模拟，得到了流场内速度、压力等分布。目 录摘 要仿真模型 操作步骤 结果分析模型示意图仿真模型介绍本文研究对象为一直径 D=1m，高度 H=1m 的圆柱容器，注水高度 h=0.5m。使容器绕垂直轴以角速度 =3 rad/s作稳态旋转。如下图 所示。 HDWATERAIR目 录摘 要仿真模型 操作步骤 结果分析前处理总体网格示意图模型命名示意图在IC

3、EM CFD中建立二维模型，并划分网格。由于容器的对称性以及Fluent软件的对称轴必须与 X轴一致，故建模时建立圆柱体的右半区域，待导入 Fluent 后再镜像与顺时针旋转 90。计算模型边界分别命名为up、壁面cyc wall、 down wall 轴axis，将ICEM CFD划分完成的网格导出，存为xuanzhuan.msh文件。axisupDown wallCyc wall1、启动Fluent。双击Fluent，将Dimension修改为2D，如下图所示。求解设置Fluent启动界面读入文件在FLUENT主界面中，单击主菜单中【File】【Read】【Mesh】，弹出如下图所示的Se

4、lect File对话框，选择扩展名为xuanzhuan.msh的网格文件，单击OK按钮便可以导入网格。点击【General】【scale】，进行网格尺寸调整。点击【General】【check】，检查网格质量，确保无负体积，检查结果如下图所示。scalecheck将 Solver Type 设置为 Pressure-Based， Solver Time 设置为 Transient，设置2d plane为 axiymmetric swirl，并勾选Gravity， 设置 x 方向重力加速度为9.81m/s2 0， y 方向重力加速度为0。如下图所示。定义求解器总体模型设定面板打开模型树中的【

5、Model】【 Multiphase】， Multiphase Model 选用 Volume ofFluid（ VOF） 模型， Number of Eulerian Phases 设置为 2， 其他设置保持默认。 如下图所示。 多相流模型设置打开模型树中的【 Models】 【 Multiphase】 【 Phases】，设置 Primary Phase的名称为 air，材料为 air， Secondary Phase 的名称为 water，材料为 water-liquid。如下图所示。多相流中相设置 打开模型树中的【Model】【Viscous】选择k-epsilon模型，其余保持默认，

6、设置如下图所示。湍流模型设置Model设置流体介质添加：选择需要的流体介质，此算例中选择水为流体介质。双击模型树中的【Materials】, 按照依次进行操作。双击air材料，在弹出的对话框右侧选择【Fluent database】，在Fluent Database Materials对话框中找到water-liquid项，单击下方copy选项。添加材料材料添加双击【 Cell Zone Conditions】，点击 Operating Conditions。 Operating Pressure保留默认值（国际标准大气压值）。勾选 Specified Operating Density，设置

7、 Operating Density 为 1.225，选择默认密度大相作为参考。如下图所示设置操作条件 操作压力边界条件设置：双击【Boundary Conditions】，编辑【Zone】中的up，在下方的TYPE中选择为pressure-inlet，Gauge total pressure 设置为0 ，supersonic gauge pressure 设置为0，specification method 设置为intensity and length scale ，设置turbulent intensity 为5，turbulen tlength scale为0.035。点击water，设

8、置volume fraction为0。边界条件设置：双击【 Boundary Conditions】，编辑【 Zone】中的 cyc_wall与down_wall，在下方的 TYPE 中选择为 wall。Wall motion 设置为moving wall。设置relative to adjacent cell zone speed 为3.打开模型树中【 Solution】 【 Methods】，将 Scheme 选择为 PISO 算法，pressure设置为PRESTO！，其他选项保持默认。如下图所示。求解设置求解方法设置打开模型树中【 Solution】 【 Controls】，选项设置如

9、下图。求解设置求解方法设置残差监测设置除了监测计算过程中残差的变化外，还需要定义新的监测。右击【Report Definitions】【New】【surface Report】【vertex average】，弹出如下图所示的对话框，在【new surface 】选择point。弹出对话框中设置X0为0.8，设置y0为0.25.点击create。流量监控残差监测设置监控打开模型树中【 Solution】 【 Moinitors】 【 Report Plots】， 点击 New，在Available Report Definitions 中选择 report-def-0，然后单击 Add，将其添

10、加到Selected Report Definitions 中。 设置 X-Axis Label 为 flow-time，如下图所示计算残差监控右击【Residual】【convergence criterion】none点击OK计算残差监控双击【Initialization】，将默认的Hybrid Initialization改为Standard Initialization，在Compute from对话框中选择up，单击Initialize，如下图所示。初场设置流场初始化单击 Setting Up Domain工具栏选项卡中 Adapt选项卡中的 Mark/Adapt Cells，在下拉

11、菜单中选择 Region。首先设置 X Min 为0.5， X Max 为 1， Y Min 为 0.5， YMax 为1，单击 Mark。单击 Mark。如下图所示。初场设置初场设置双击【 Initialization】， 单击 Patch。 Phase 选择 water， Variable 选择 VolumeFraction， Registers to Patch 中选中 hexahedron-r0，然后将 Value改为 1，单击 Patch。 如下图所示。初场设置在user define中点击custom field function calculator 在field functio

12、n中选择mesh，选择radial coordinate，在definition设置3*radial coordinate，设置new function name 为swirl-v点击define。如下图所示双击【 Initialization】， 单击 Patch。 Phase 选择mixture， Variable 选择swirl velocity，选择user field function 选择swirl-v， Registers to Patch 中选中 hexahedron-r0，单击 Patch。如下图所示。在view中设置对称面，选择mirror planer中的axis设置ca

13、mera parameters，设置如下。双击左侧树 Results 下的 Contour ，创建云图， Contour of 选择velicity 的swirl velicity， Options 中勾选 Filled， 单击 Save/Display，如下图 所示。图中清晰地展示初场。初场设置打开 【 Calculation Activities】【 Autosave】，设置 Save Data File Every（ TimeSteps）为 100，设置 Append File Name with 为 flow-time，设置 Decimal Places inFile Name 为 3

14、。如下图所示。计算自动保存设置7、双击 Run Calculation，设置 Time Step Size 为 0.001， Number of Time Steps为2000， Time Stepping Method 为 Fixed， Max Iterations/Time Step 为 20。如下图所示迭代设置1、求解收敛分析计算收敛分析检测点非稳态时均速度残差目 录摘 要仿真模型 操作步骤 结果分析后处理创建中心线表压力创建中心线切取所需线【create】-【line】创建圆管中心线，设置如下图所示，点击create，点击plot中xy plot,选择刚刚创建的线，显示压力如下。后处理

15、2s时水体积云图显示双击左侧树 Results 下的 Contour ，创建云图， Contour of 选择 Phase 的Volume fraction， Options 中勾选 Filled， 单击 Save/Display，如下图所示。 后处理2s时压力云图显示创建压力云图，双击左侧树Results下的Contour ，创建云图，如下图所示。在Contour 1中设置Contour of选择PressureStatic Pressure，单击Save/Display，结果如下图所示。后处理速度云图显示双击左侧树Vectors ，如下图所示，Vectors of选为Velocity，适量箭头