《工程流体力学基础第2版》-第10章

数值模拟练习1缩放管道内的流动第一步启动Gambit1.在D盘根目录下建立名为“Benoulli”的文件夹2.双击桌面上的“gambit”图标弹出如图10−2所示对话框。（1）在“WorkingDirectory”右侧输入“D:\benoulli”(或用Browse查询)；（2）在“SessionId”右侧输入文件名“pipe”；（3）单击［Run］按钮，启动Gambit。下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动第二步建立流动区域分析：这是一个轴对称流动，可以建立一个对称面作为流域进行模拟计算。流动区域设置如图10−3所示，其中af为对称轴，ABCDEF为管道壁面，Aa为速度入口边界，Ff为压力出流边界。1.创建关键点操作：GEOMETRY→VERTEX→CREATEVERTEX。打开点创建对话框，如图10−4所示。（1）鼠标单击“Global”下的“x”：在右侧区域输入A点的x坐标值“−50”；上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（2）鼠标单击“Global”下的“y”：在右侧区域输入A点的y坐标值“15”；（3）保留其他默认设置，单击下面的［Apply］按钮。这样就创建了点A，在Gambit绘图窗口中的（−50，15，0）点处显示有一个白色的十字。按照表10−1中的坐标数据，分别创建B、C、D、E、F和a、b、c、d、e、f各点。创建完毕后的效果如图10−5所示，改善显示效果的方法如下。（1）单击右下方工具栏中的［FITTOWINDOW］按钮，显示全部；上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（2）按住鼠标右键上下移动，用于缩放图形；（3）按住鼠标中键拖动鼠标，用于移动图形；（4）按住鼠标右键左右移动，用于转动图形；（5）单击右下方工具栏中的［ORIENTMODEL］按钮，可显示xy平面效果。经过上述操作，所创建的点如图10−5中“十”字所示。2.用这些点连成直线操作：GEOMETRY→EDGE→CREATEEDGE。打开线段创建对话框,如图10−6所示。（1）单击“Vertices”右侧黄色区域；上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（2）按住［Shift］键顺序单击a、A、B、C、D、E、F、f、e、d、c、b点；（3）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮；（4）按照上述方法，顺序单击a、b、B点，将相邻的两点连成线；（5）顺序单击c、C（d、D和e、E），分别创建cC、dD和eE线段，最后图形如图10−7所示。注意：线段是有方向的，由先选的点指向后选的点，这在后面划分网格时有用。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动3.由线段创建面一组封闭的线段包围一片区域，对于二维问题，就是一个面。现在创建的区域由5个面组成，即由ABbaA、BCcbB、CDdcC、DEedD、EFfeE分别围成的5个面组成。操作：GEOMETRY→FACE→FORMFACE。打开创建面对话框，如图10−8所示。（1）单击“Edges”右侧黄色区域；（2）按住［Shift］键依次单击AB、Bb、ab和aA线段；（3）单击［Apply］按钮。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动这样就创建了由ABbaA所围成的面，组成面的线段由黄色变成了天蓝色。采用相同的操作方法，分别创建其他4个面。注意：如果要为这个面命名，可在“Label”右侧空白区域输入名字。本例命令，系统默认为“face.1”，后边的面依次取名“face.2”和“face.3”等。第三步创建流域的网格1.创建线段网格操作：MESH→EDGE→MESHEDGES。打开线段网格划分对话框，如图10−9所示。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（1）单击“Edges”右侧黄色区域；（2）按住［Shift］键单击Aa线段；（3）在“Spacing”下面空白区右侧选择“Intervalsize”（网格单元长度），并输入“0.5”；（4）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮，单击［Close］按钮。此时将Aa线段划分为网格数为20的等距离网格。2.对ABbaA面划分结构化网格操作：MESH→FACE→MESHFACES。打开面网格划分设置对话框，如图10−10所示。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（1）单击“Faces”右侧黄色区域；（2）按住［Shift］键单击组成面的任一条线段，此时线段变为红色；（3）在“Elements”（单元）项选择“Quad”（四边形）；（4）在“Type”（网格类型）项选择“Map”（结构化网格）；（5）在“Spacing”项选择“Intervalsize”（网格间距），并保留默认的1；（6）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮。照此方法，依次对BCcbB、CDdcC、DEedD、EFfeE四个面划分网格。此时网格如图10−11所示。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动第四步设置边界类型下面对流域的边界进行边界类型的设置。操作：ZONES→SPECIFYBOUNDARYTYPES。打开边界类型设置对话框，如图10−12所示。1.设置Aa为速度入口边界（1）单击“Name”右侧空白区域，并输入边界名称“inlet”；（2）右键单击“Type”（类型）下面的按钮，选择“VELOCITY_INLET”（速度入口边界类型）；上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（3）在“Entity”下选择“Edges”（线），单击“Edges”右侧黄色区域；（4）按住［Shift］键并单击Aa线段；（5）单击［Apply］按钮。这样就将Aa线段所代表的边界设置成速度入口边界。2.设置中心轴边界线段abcdef构成流域的中心轴，需进行设置。（1）在“Name”项输入“axis”；（2）在“Type”项选择“AXIS”（轴边界）；上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（3）单击“Edges”右侧黄色区域；（4）按住［Shift］键单击ab、bc、cd、de、ef五条线段；（5）单击［Apply］按钮。3.设置压力出流边界线段Ff是出流边界。（1）在“Name”项输入“outlet”；（2）在“Type”项选择“PRESSURE_OUTLET”（压力出流边界）；（3）单击“Edges”右侧黄色区域；上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（4）按住［Shift］键单击fF线段；（5）单击［Apply］按钮。最后边界设置如图10−13所示。注意：对于二维问题，其他未进行设置的内部线段，系统默认为内部线；对于未设置的外边界线，系统默认名为WALL的壁面。第五步输出网格文件1.为Fluent输出网格文件操作：File→Export→Mesh…上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动打开网格文件输出对话框，如图10−14所示。（1）在“FileName”右侧为输出的网格文件名；（2）由于是二维网格，故选择“Export2−D（X−Y）Mesh”；（3）单击［Accept］按钮。2.退出Gambit并保存文件操作：File→Exit…打开保存弹出对话框，如图10−15所示，单击［Yes］按钮，保存文件并退出Gambit。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动注意：此时查看名为“benoulli”的文件夹中的文件，应该有以下4个文件：“pipe.dbs”“pipe.msh”“pipe.jou”“pipe.trn”，其中“pipe.msh”就是fluent软件所需要的网格文件。第六步启动Fluent，进行网格操作1.启动Fluent双击Fluent图标，弹出启动对话框，如图10−16所示。在“Versions”下方选择“2d”，单击［Run］按钮，启动二维单精度求解器。（1）2d——二维单精度求解器；（2）2ddp——二维双精度求解器；上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动（3）3d——三维单精度求解器；（4）3ddp——三维双精度求解器。2.读入网格文件操作：File→Read→Case…选择所创建的网格文件“pipe.msh”，单击［OK］按钮。此时fluent给出的提示信息如图10−17所示，意为由于设置了轴（AXIS）边界，故需要在fluent中进行相应的设置，如轴对称等。3.网格检查操作：Grid→Check。系统对网格进行全方位的检查，并给出检查报告，如图10−18所示。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动其中有流域的最小、最大边界值；最大、最小体积和总体积（Volume）；最大、最小面积等。注意体积和面积不能出现负值，否则无法进行计算。检查报告的最后一定是“Done”，表示检查获得通过，否则会给出警告信息或错误信息。4.网格信息操作：Grid→Info→Size...系统反馈网格信息如图10−19所示，表示有一个流域、2400个网格单元等。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动5.确定长度单位由于在Gambit创建流域时的默认单位为1，也就是说是没有单位的，而Fluent默认单位为m，若长度单位不是m，还需要进行设置。操作：Grid→Scale…打开长度单位设置对话框，如图10−20所示。（1）在“GridWasCreatedIn”右侧选择单位“mm”；（2）单击［ChangeLengthUnits］按钮；（3）单击下面的［Scale］按钮，单击［Close］按钮。上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动第七步若干模型的设定1.确定求解器2.确定紊流模型3.确定材料属性4.确定操作条件操作条件就是确定流域的环境压强，一般设置为一个大气压。操作条件还可以确定重力的影响，对于本题不考虑重力影响，故采用默认设置即可。5.确定边界条件操作：Define→BoundaryConditions…上一页下一页返回数值模拟练习1缩放管道内的流动第八步设置求解参数1.设置求解控制参数操作：Solve→Controls→Solution…2.流场初始化操作：Solve→Initialize→Initialize…3.设置残差监测器操作：Solve→Monitors→Residual…第九步求解计算及后处理上一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动第一步启动Gambit在D盘根目录下建立名为“momn”的文件夹。双击桌面上的“gambit”图标，弹出如图10−47所示对话框。（1）在“WorkingDirectory”右侧输入“D:\momn”；（2）在“SessionId”右侧输入文件名“mom”；（3）单击［Run］按钮，启动Gambit。第二步建立流动区域分析：这是一个轴对称流动，可以建立一个对称面作为流动区域进行模拟计算。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动流动区域设置如图10−48所示，其中AH为对称轴，BC为管壁，EF为圆形平板。经AB边界流入的水流冲击EF圆形平板。初始时除管道ABCD内部充满水外，其他区域均为静止的空气。由于计算收敛的原因，常将外部边界IJ设置为固壁，但要求IJ边界距离主流区域较远。第三步创建流域的网格1.创建线段网格操作：MESH→EDGE→MESHEDGES...打开线段网格划分对话框，如图10−54所示。（1）单击“Edges”右侧黄色区域；上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动（2）按住［Shift］键单击AB线段；（3）在“Spacing”下面空白区右侧选择“Intervalcount”（网格内部数量），并输入“4”；（4）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮，单击［Close］按钮。此时将AB线段划分为网格数为4的等距离网格。2.对ABCDA和EFGHE面划分结构化网格操作：MESH→FACE→MESHFACES...打开面网格划分设置对话框，如图10−55所示。（1）单击“Faces”右侧黄色区域；上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动（2）按住［Shift］键单击组成面的任一线段，此时线段变为红色；（3）在“Elements”（单元）项选择“Quad”（四边形）；（4）在“Type”（网格类型）项选择“Map”（结构化网格）；（5）在“Spacing”项选择“Intervalsize”（网格间距），并输入“5”；（6）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮。照此方法，设置“Intervalsize”为“10”，其他不变，对EFGHE面划分网格。此时网格如图10−56所示。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动3.对其他面划分非结构化网格操作：MESH→FACE→MESHFACES...打开面网格划分设置对话框，如图10−57所示。（1）单击“Faces”右侧黄色区域；（2）按住［Shift］键单击组成CDEFC面的任一线段；（3）在“Elements”项选择“Quad”；（4）在“Type”项选择“Pave”（非结构化网格）；（5）在“Spacing”项选择“Intervalsize”（网格间距），并输入“5”；上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动（6）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮。照此方法，设置“Intervalsize”为“10”，其他不变，对最后一个面划分网格。此时网格如图10−58所示。第四步设置边界类型下面对流域的边界进行边界类型的设置。操作：ZONES→SPECIFYBOUNDARYTYPES...打开边界类型设置对话框，如图10−59所示。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动第五步输出网格文件1.为Fluent输出网格文件操作：File→Export→Mesh…打开网格文件输出对话框，如图10−61所示。（1）在“FileName”右侧为输出的网格文件名；（2）由于是二维网格，故选择“Export2−D（X−Y）Mesh”；（3）单击［Accept］按钮。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动2.退出Gambit并保存文件操作：File→Exit…弹出对话框，如图10−62所示。单击［Yes］按钮，保存文件并退出Gambit。注意：此时查看名为“Momn”的文件夹中的文件，应该有如下4个文件：“Mom.dbs”“mom.msh”“mom.jou”“mom.trn”，其中“mom.msh”就是fluent软件所需要的网格文件。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动第六步启动Fluent，进行网格操作1.启动Fluent双击Fluent图标，弹出启动对话框，如图10−63所示。在“Versions”下方选择“2d”，单击［Run］按钮，启动二维单精度求解器。（1）2d——二维单精度求解器。（2）2ddp——二维双精度求解器。（3）3d——三维单精度求解器。（4）3ddp——三维双精度求解器。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动2.读入网格文件操作：File→Read→Case…选择所创建的网格文件mom.msh，单击［OK］按钮。注意：此时fluent给出的提示信息如图10−64所示，大致意思为由于设置了AXIS边界，需要在fluent中进行相应的设置，如轴对称问题等。3.网格检查操作：Grid→Check...系统对网格进行全方位的检查，并给出检查报告，如图10−65所示。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动其中有流域的最小、最大边界值；最大、最小体积和总（Volume）；最大、最小面积等。注意体积和面积不能出现负值，否则无法进行计算。检查报告的最后一定是“Done”，表示检查获得通过，否则会给出警告信息或错误信息。4.网格信息操作：Grid→Info→Size...系统反馈网格信息如图10−66所示，表示有一个流域、1225个网格单元等。5.确定长度单位由于在Gambit创建流域时的默认单位为1，也就是说是没有单位的，而Fluent默认单位为m，若长度单位不是m，则还需要进行设置。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动操作：Grid→Scale…打开长度单位设置对话框，如图10−67所示。（1）在“GridWasCreatedIn”右侧选择单位“mm”；（2）单击［ChangeLengthUnits］按钮；（3）单击下面的［Scale］按钮，单击［Close］按钮。第七步若干定义1.确定求解器操作：Define→Models→Solver…打开求解器设置对话框，如图10−68所示。上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动（1）在“Solver”项选择“Segregated”（非耦合求解器）；（2）在“Formulation”项选择“Implicit”（隐式算法）；（3）在“Space”项选择“Axisymmetric”（轴对称）；（4）保留其他默认设置，单击［OK］按钮。2.确定多相流模型操作：Define→Models→Multiphase…打开多相流设置对话框，如图10−69所示。（1）在“Model”项选择“VolumeofFluid”（VOF模型）；（2）在“VOFScheme”项选择“Geo-Reconstruct”（几何重构）；上一页下一页返回数值模拟练习2水流冲击平板的流动（3）在“CourantNumber”（科朗数）取默认的“0.25”；（4）在“NumberofPhases”（相数）取默认的“2”（两相流动）；（5）保留其他默认设置，单击［OK］按钮。第八步设置求解参数上一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流第一步建立翼型的数据文件1.建立文件夹在D盘根目录下建立名为“fan”的文件夹2.建立数据文件利用记事本软件建立数据文件，文件名为“fan.dat”，文件内容为下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流将建好的文件保存在工作目录fan中。注：第一行表示8个点连成1条曲线；第一、二、三列分别为翼型上点的x、y、z坐标。由于是建立在xy平面内的二维翼型，故z坐标全部为0。3.双击桌面上的“gambit”图标，启动Gambit（1）在“WorkingDirectory”右侧输入“D:\fan”(或用Browse查询)；（2）在“SessionId”右侧输入文件名“fan”，单击［Run］按钮。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流4.将翼型数据文件读入Gambit中操作：file→Import→ICEM-import…打开数据文件输入对话框，如图10−100所示。（1）在“FileName”右侧，利用“Browse…”找到所建立的数据文件“fan.dat”；（2）在“GeometrytoCreate”项选取“Vertices”（创建点）和“Edges”（创建线）；（3）不选“Face”（创建面）；（4）单击下面的［Accept］按钮，得到如图10−101所示的翼型。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流图10−101中A点为翼型的前缘点，B点为后缘点。第二步建立流动区域分析：这是外部绕流问题，流动区域设置如图10−102所示，设af和ab为以翼型尾缘点B为中心的半圆弧，半径为5倍的弦长；设Bd长为10倍的弦长。边界efab为压力远场边界，bcde为压力出流边界。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流第三步创建流域的网格1.创建翼型线段上的网格操作：MESH→EDGE→MESHEDGES...打开线段网格划分对话框，如图10−111所示。（1）单击“Edges”右侧黄色区域；（2）按住［Shift］键并单击ADB线段；发现线段的方向是由B指向A，如图10−112所示，可按住［Shift］键的同时按鼠标中键单击此线段来改变线段的方向；（3）在“Ratio”项输入“1.02”；上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流（4）在“Spacing”下面空白区右侧选择“Intervalcount”（网格单元数目），并输入“30”；（5）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮。此时将ADB线段划分为网格数为30，节点距离以1.02为公比的不等距网格。用相同的方法将ACB线段划分为网格数为30，节点距离以1.02为公比的不等距网格。2.创建Aa、Bb、Bf、dc、de线段的网格（1）单击“Edges”右侧黄色区域；（2）按住［Shift］键并分别单击Aa、Bb、Bf、dc、de线段，注意线段的方向；上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流（3）在“Ratio”项输入“1.03”；（4）在下方“Spacing”下面空白区右侧选择“Intervalcount”（网格单元数目），并输入“50”；（5）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮。3.创建Bd、bc、fe线段的网格（1）单击“Edges”右侧黄色区域；（2）按住［Shift］键并分别单击Bd、bc、fe线段，注意线段的方向；（3）在“Ratio”项输入1.03；上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流（4）在下方“Spacing”下面空白区右侧选择“Intervalcount”，并输入“50”；（5）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮。此时线段网格划分情况如图10−113所示，翼型附近网格如图10−114

所示。4.对ADBfaA面划分结构化网格操作：MESH→FACE→MESHFACES...打开面网格划分设置对话框，如图10−115所示。（1）单击“Faces”右侧黄色区域；（2）按住［Shift］键单击组成ADBfaA面的任一条线段，此时线段变为红色；上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流（3）在“Elements”（单元）项选择“Quad”（四边形）；（4）在“Type”（网格类型）项选择“Map”（结构化网格）；（5）保留其他默认设置，单击［Apply］按钮。照此方法，依次对其他3个面进行网格划分，最后翼型附近网格如图10−116所示，整个流域的网格如图10−117所示。第四步设置边界类型下面对流域的边界进行边界类型的设置。操作：ZONES→SPECIFYBOUNDARYTYPES...打开边界类型设置对话框，如图10−118所示。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流1.设置翼型ACB和ADB为固壁边界（1）单击“Name”右侧空白区域，并输入边界名称“fan”；（2）右击“Type”（类型）下面的按钮，选择“WALL”（固壁边界类型）；（3）在“Entity”下选择“Edges”（线），单击“Edges”右侧黄色区域；（4）按住［Shift］键并单击ACB和ADB线段；（5）单击［Apply］按钮。2.设置ab和af圆弧线段为压力远场边界类型（1）单击“Name”右侧空白区域，并输入边界名称“inlet”；上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流（2）右击“Type”（类型）下面的按钮，选择“PRESSURE_FAR_FIELD”（压力远场类型），如图10−119所示；（3）在“Entity下选择“Edges”（线），单击“Edges”右侧黄色区域；（4）按住［Shift］键并单击ab和af线段；（5）单击［Apply］按钮。用同样方法，将ef线段也设置为压力远场边界类型，并命名为“bound−1”。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流3.设置bc、dc和de线段为压力出流边界（1）在“Name”项输入“outlet”；（2）在“Type”项选择“PRESSURE_OUTLET”（压力出流边界）；（3）单击“Edges”右侧黄色区域；（4）按住［Shift］键并单击dc和de线段；（5）单击［Apply］按钮。用同样方法，将bc线段也设置为压力出流边界类型，并命名为“bound−2”。最后边界设置如图10−120所示。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流注意：对于二维问题，其他未进行设置的内部线段，系统默认为内部线；对于未设置的外边界线，系统默认名为“WALL”的壁面。第五步输出网格文件1.为Fluent输出网格文件操作：File→Export→Mesh…打开网格文件输出对话框，如图10−121所示。（1）在“FileName”右侧为输出的网格文件名；（2）由于是二维网格，选择“Export2−D（X−Y）Mesh”；上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流（3）单击［Accept］按钮。2.退出Gambit并保存文件操作：File→Exit…弹出对话框，单击［Yes］按钮，保存文件并退出Gambit。注意：此时查看名为“fan”的文件夹中的文件，应该有以下4个文件：“fan.dbs”“fan.msh”“fan.jou”“fan.trn”，其中“fan.msh”就是fluent软件所需要的网格文件。第六步启动Fluent，进行网格相关操作1.启动Fluent双击Fluent图标，弹出启动对话框。在“Versions”下方选择“2d”，单击“Run”按钮，启动二维单精度求解器。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流2.读入网格文件操作：File→Read→Case…选择所创建的网格文件“fan.msh”，单击［OK］按钮。3.网格检查操作：Grid→Check...系统对网格进行全方位的检查，并给出检查报告。检查报告的最后一定是“Done”，表示检查获得通过，否则会给出警告信息或错误信息。4.网格信息操作：Grid→Info→Size...显示网格信息如图10−122所示。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流5.确定长度单位由于在Gambit创建流域时的默认单位为1，也就是说是没有单位的，而Fluent默认单位为m，若长度单位不是m，则还需要进行设置。操作：Grid→Scale…本例设单位为m，就不用进行设置了。第七步若干模型的设定1.确定求解器操作：Define→Models→Solver…打开求解器设置对话框，如图10−123所示。上一页下一页返回数值模拟练习3孤立翼型的气体绕流（1）在“Solver”项选择“Segregated”（非耦合求解器）；（2）在“Formulation”项选择“Implicit”（隐式算法）；（3）在“Space”项选择“2D”（二维）；（4）保留其他默认设置，单击［OK］按钮。2.确定紊流模型操作：Define→Models→Viscous…打开紊流模型设置对话框，如图10−124所示。（1）在“Model”项选择“k-epsilon[2eqn]”（k−ε紊流模型）；上一页下一页返回数值