【《某洒水车喷洒过程Fluent仿真分析案例》3000字】

第第页某洒水车喷洒过程Fluent仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u5181某洒水车喷洒过程Fluent仿真分析案例 137561.1Fluent软件简介 155981.2喷洒系统过程仿真 2294321.2.1仿真模型建立 2166491.2.2网格划分 2118821.2.3喷洒过程仿真 221671.3不同工况下喷洒状况的分析 7国内外洒水车喷洒过程的Fluent仿真研究大多是在有高水压高水流速的条件下进行的，期望达到的喷洒效果满足国内外普遍接受的条件，较好的稳定性及良好的地面水量覆盖效果。在某型25t矿用洒水车应用的喷洒系统所要求达到的喷洒效果在不同工况下有所区别，喷洒环境条件不同，地面的洒布量不同。利用FLUENT软件对水车喷洒过程进行仿真，在满足足够喷洒效果目标值的前提下，通过控制柱塞泵的斜盘角控制喷洒量，以求达到更好的经济性，并通过对仿真数据的分析，验证所建立仿真模型的正确性。Fluent软件简介tempest(fluent语言的初版)在20世纪70年代由Shefield大学所开发。该系统建立于1988年，21世纪初由ANSYS集团购买，目前的ansys旗下Fluent模块能够计算繁琐液体的流动、热传导与化学现象等各种技术现状通过CFD功能进行模拟，其带有高级的预处理运行软件，解决方案和重复工作条件功能。基于此，它能高效率地确定多种形式流体工作实际过程的数学状态模型，高精度地模拟求解仿真，并分析Fluent计算结果，进行数据整理，输出数据图。预处理功能主要包括几何模型的建立和网格的划分。利用三维虚拟样机模拟软件(如creo、sw和catia等)实现所需要模拟的液体区间的模型建立，也能使用网格预处理划分功能(如犀牛和meshing等)来实现网格划分，Fluent模块功能具有多种预处理和后处理软件接口，便于用户使用。库功能包含物理参数，液体湍流定义，热传递公式，多相流动模型，燃烧与化学反应模拟函数，边界条件模拟函数，数值求解方法，并行函数及UDF函数。后处理功能主要是查看，提取，集合与外显模拟结果数据，以便于解析所形成的图形。该ansys模块的后置处理算法能方便地进行描绘等高线、矢量形图、流曲图线、轨迹线、运算动画、FFT相关分析、流量处理、体积积分等功能。自从ANSYS12.0发布以来，Fluent的相关模块计算可以和ANSYS主操作平台进行匹配，利用单个预制处理系统模型或单一的相关性处理模块组件来实现仿真，从而简化了用户的操作。喷洒系统过程仿真仿真模型建立利用solidworks软件建立的喷洒模型，为简化系统运算量，把模型简化为薄板，并保存x_t格式。网格划分开启ANSYS16.0软件工作区，并在分析系统选项中选取Fluent（带有流体流动）模块取解析计算。先将在sw中建立的x_t模型加载Geometry单击右键Import，然后进入mesh功能中划分网格模型。在图5.1中显示了喷洒系统模拟模型的网格划分结果。添加elementsize为0.001m，同时在网格形内定义水入口名为inlet_water，风入口名为inlet_wind，出口名为outlet，模型的其它面定义名为wall。在mesh中对网格的质量进行检验处理，经计算节点数和单元数分别为1207278和1000050，elementquality值为0.91，网格点品质为良好。喷洒过程仿真（1）仿真条件根据前文AMESIM仿真得到的流量，喷头口径，计算出喷头水速，取整为水速12、16、20，风速按照普通环境取0.9、3.45、4.4、6.7、，绝对温度293.15。在实际喷洒工作过程中，通常不很容易能明确风速等级，只可参照环境上某些物体受风活动现象来预估风速等级的大致范围，REF_Ref20342\h表STYLEREF1\s5.1为风力等级参照表。表STYLEREF1\s5.SEQ表\*ARABIC\s11风力等级参照表Table5.1windpowerlevelreferencetable风级名称风速Km/hm/s陆地地面物体征象0无风＜10～0.2静1软风1～50.3～1.5雾状气体可显示风向2轻风6～111.6～3.3人可感受有风，风向标可转动3微风12～193.4～5.4植物会受风轻微晃动4和风20～285.5～7.9地面灰尘与纸张会被吹起5清风29～388.0～10.7存在叶树木会摇摆6强风39～4910.8～13.8树枝动，电线摇摆7疾风50～6113.9～17.1整树产生摇动，迎风而行受阻8大风62～7417.2～20.7树枝折断，迎风阻力加大9烈风75～8820.8～24.4建筑物产生轻微损坏10狂风89～10224.5～28.4树被吹毁，建筑物损坏加大11暴风103～11728.5～32.6较少见，破坏加大12飓风11732.6极少见，摧毁力极大（2）Fluent的前处理双击FluidFlow(Fluent)中setup模块，进入前处理界面。1）General设置在Fluent中，点击Scale选项来设置网格模型整体单位，并在设置之后通过Check功能来查看网格模型是否存在负体积，如果结果显示如REF_Ref14152\h图STYLEREF1\s5.1所示，直到命令表显示出Down功能语句，而无error与warning相关字眼，表明网格的切分相对来说是合理的。由于水为不可压缩液体，故处理器设置选择中Type类型选取为以压力基础进行求解，在速度公式相关选项选择绝对速度来计算，水车喷洒过程中液体流动为定常流动，设置为定常流动模型，即Time设置为Steady，重力GravitationalAcceleration设置Y负方向-9.81。设置如REF_Ref14309\h图STYLEREF1\s5.2所示。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s11网格检查结果Figure5.1gridcheckresults图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s12General设置Figure5.2GeneralSettings2）Models设置假定空气中的水流是一个多相(两相)的流动过程，在模型Models中将仿真模型选择为多相模型(MultiphaseVolumeofFluid)，在欧拉相位数中选择数量为2，在BodyAnti-Diffusion中选择为ImplicitBodyForce，如REF_Ref14498\h图STYLEREF1\s5.3所示。水车在喷洒的过程中，蒸发为水蒸气，是一种能量交换过程，所以启动了能量模型。流型选择了粘性模型(ViscousModel)，即k-epsilon的真实形式(Realizable)，见REF_Ref14606\h图STYLEREF1\s5.4。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s13多相流模型选择图Figure5.3multiphaseflowmodelselectiondiagram图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s14粘性模型选择Figure5.4viscousmodelselection3）Materials材料水从FLUENT的材料库里直接调用至目前文件中，water-liquid，完成材料设置的创建。4）离散相设置在空间两点出设置喷头位置，选用锥形喷头。5）CellZoneConditions设置操作压力保持默认为一个大气压（1.01325），操作温度默认不变，操作密度为一个大气压下的空气密度（1.225）。6）BoundaryContions设置水入口和风入口均设置为速度入口（velocity-inlet），设置相应的入口速度，湍流选项卡下规格选项中选择强度和水力直径模式，分别设置为8%和0.002。温度Thermal设置为273.15。wall保持默认设置。出口类型设置为pressure-outlet。7）松弛因子的设置压力速度耦合算法选择简单算法。松弛因子保持默认设置。8）流场初始化求解方式、求解控制和监视器保持默认设置。在求解初始化对话框中设置为水入口，单击初始化选项，进行流场初始化求解。9）进行计算在计算面板选项卡中设置计算步数为200，单击计算选项进行求解计算。10）残差检测得到残差检测曲线如REF_Ref14730\h图STYLEREF1\s5.5所示，残差曲线一般默认的设置为10的-3次方，在计算的时候显示残差曲线就会看见各项值在每次计算之后就会变化，直到残差值低于设定的值之后，计算就收敛了。这里的残差值是指每次计算之后的结果和前一次计算所得的结果的差值。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s15残差检测曲线图Figure5.5residualdetectioncurve不同工况下喷洒状况的分析在水车作业过程中，不可控的自然风是影响喷洒均匀性的重要因素。然而，在实际工程中，由于自然条件的不可控性，在模拟各种条件后，对每中风速工况下的喷洒系统都进行了监控模拟。取整数风速进行设置，风从模型左侧向模型右侧吹，风速分别设置为0.9、3.45、4.4、6.7等数进行Fluent仿真,仿真进行到模型右侧的喷幅为止，得出水速为12、16、20的洒水轨迹图，如REF_Ref15021\h图STYLEREF1\s5.6、REF_Ref15187\h图STYLEREF1\s5.7、REF_Ref15324\h图STYLEREF1\s5.8所示。（a）风速0.9（b）风速3.45（c）风速4.4（d）风速6.7图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s16不同风速下12m/s水速洒水轨迹Figure5.6sprinklingtrajectoryof12m/swatervelocityunderdifferentwindspeeds（a.风速0.9;b.风速3.45；c.风速4.4；d.风速6.7）（a）风速0.9（b）风速3.45（c）风速4.4（d）风速6.7图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s17不同风速下16m/s水速洒水轨迹Figure5.7sprinklingtrajectoryof16m/swatervelocityunderdifferentwindspeeds（a.风速0.9;b.风速3.45；c.风速4.4；d.风速6.7）（a）风速0.9（b）风速3.45（c）风速4.4（d）风速6.7图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s18不同风速下20m/s水速洒水轨迹Figure5.8sprinklingtrajectoryof20m/swatervelocityunderdifferentwindspeeds（a.风速0.9;b.风速3.45；c.风速4.4；d.风速6.7；）将仿真结果整理如下REF_Ref20437\h表STYLEREF1\s5.2：表STYLEREF1\s5.SEQ表\*ARABIC\s12Fluent仿真信息Table5.2Fluentsimulationinformation水速m/s风速m/s输出平均流速m/s1