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《ANSYS FLUENT 16.0超級學習手冊》——2.6 FLUENT的一個簡單執行個體

本節書摘來自異步社群《ansys fluent 16.0超級學習手冊》一書中的第2章,第2.6節,作者: 唐家鵬 更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

1.網格導入與處理

(1)在“開始”程式菜單中運作fluent主程式,出現fluent launcher對話框,選擇3d,其他保持預設設定,單擊ok按鈕進入fluent界面,讀入網格檔案jointpipe.msh,如圖2-33所示。

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(2)檢查網格檔案。單擊general面闆中的check按鈕,如圖2-34所示,對網格進行檢查。需保證網格最小單元體積minimum volume不小于0,即沒有負體積網格。

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(3)設定網格區域尺寸。單擊general面闆中的scale按鈕,在mesh was created in下拉清單中選擇mm,在view length unit in下拉清單中選擇mm,如圖2-35所示。完成後單擊close按鈕關閉對話框。

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(4)執行mesh→reorder→domain指令,如圖2-36所示。對計算域内的網格進行重新排序,可加快求解速度。這個操作有可能需要重複操作幾次,直至指令視窗中顯示bandwidth reduction小于或等于1為止。

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(5)将網格轉化為polyhedra型網格(多面體型)。執行mesh→polyhedra→convert domain指令,如圖2-37所示。轉化後的網格如圖2-38所示。

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2.設定實體模型和材料

(1)設定求解器類型。本例選擇基于壓力的求解器(pressure based),求解定常流動。設定重力加速度為y軸負方向,大小為9.8 m/s²,如圖2-34所示。

(2)選擇湍流模型。單擊項目樹中的models,打開models面闆,如圖2-39所示。輕按兩下viscous laminar項,打開viscous model對話框。

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在viscous model對話框中的model清單中選擇k-epsilon兩方程模型,對話框将自動擴充成圖2-40所示的對話框。在k-epsilon model選項區中選擇realizable,其他保持預設設定。單擊ok按鈕關閉對話框。

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(3)設定流體材料。本例中的流體是水,為不可壓縮流動。單擊materials項,打開materials面闆,輕按兩下面闆中的fluid項,打開create/edit materials對話框,如圖2-41所示。

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面闆中的預設流體材料為空氣(air),固體材料為鋁(aluminum)。單擊fluent database按鈕,打開fluent database materials對話框,在fluent fluid materials清單中選中water-liquid(h2o),即液态水,單擊copy按鈕将材料參數複制到目前材料庫中,單擊close按鈕,關閉fluent database materials對話框,如圖2-42所示。再單擊close按鈕,關閉create/edit materials對話框。

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單擊項目樹中的cell zone conditions項,打開cell zone conditions面闆。輕按兩下zone清單中的branch-fluid項,打開fluid對話框,如圖2-43所示。在material name右側的下拉清單中選擇water-liquid,單擊ok按鈕,關閉fluid對話框。

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3.設定操作環境和邊界條件

(1)設定操作環境。執行define→operating conditions指令,打開operating conditions對話框,如圖2-44所示。在operating pressure下面的輸入框中輸入操作壓強為0 pa,其他保持預設設定。單擊ok按鈕,關閉operating conditions對話框。

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(2)設定邊界條件。單擊boundary conditions選項,打開boundary conditions面闆。選中zone清單中的inlet。inlet是流量入口邊界條件。在inlet被選中的狀态下,在type下拉清單中選中mass-flow-inlet邊界條件,如圖2-45所示。

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在inlet被選中的狀态下,單擊edit按鈕,彈出mass-flow-inlet對話框,在該對話框中設定流量入口邊界條件的各項參數,如圖2-46所示。

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在mass flow rate中輸入605.6 kg/s,初始表壓設定為200 000 pa。

在specification method下拉清單中選擇湍流強度的定義方法,此處選擇intensity and viscosity ratio,即用湍流強度和黏性比定義湍流,其值采用預設值10。

單擊ok按鈕,關閉流量入口邊界條件設定對話框。

用同樣的方法設定出口邊界條件。出口邊界條件為outflow,即自由出口邊界條件,如圖2-47所示。保持預設設定,單擊ok按鈕,關閉outflow對話框。

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4.設定求解方法和控制參數

(1)設定求解方法。單擊項目樹中的solution methods選項,打開solution methods面闆,對求解方法進行設定,選擇求解的方程類型和微分方程離散格式。

在壓力-速度耦合方式(pressure-velocity coupling)下拉清單中選擇simple,即采用simple算法。

在微分離散格式選項中,梯度(gradient)選擇green-gauss cell based,壓力(pressure)采用presto!格式,動量方程(momentum)選擇二階迎風格式(second order upwind),湍流脈動能量和湍流耗散率也采用二階迎風格式。設定完成後的solution methods面闆如圖2-48所示。

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(2)設定求解控制參數。單擊項目樹中的solution controls選項,打開solution controls面闆,對求解過程中的控制參數進行設定,設定各項松弛因子如圖2-49所示。

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5.設定監視視窗和初始化

(1)設定殘差監視視窗。單擊項目樹中的monitors選項,打開monitors面闆,輕按兩下monitors面闆中的residuals項,打開殘差螢幕設定對話框。選中print to console和plot選項,在convergence criterion下拉清單中選擇none,即不自動進行收斂判斷。其他保持預設設定,如圖2-50所示。

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(2)設定出口速度監視視窗。單擊項目樹中的monitors項,打開monitors面闆,單擊monitors面闆中surface monitors清單下面的create按鈕,打開surface monitor對話框,如圖2-51所示。選中print to console、plot和write選項。設定螢幕視窗為2号視窗。

報告類型(report type)設定為facet average,即表面平均值。

在場變量(field variable)下拉清單中選擇velocity。

在surfaces清單中選中outlet。

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(3)初始化流場。單擊項目樹中的solution initialization選項,打開solution initialization(流場初始化)面闆,如圖2-52所示。在compute from下拉清單中選中inlet,表示整個流場中的初始狀态與邊界inlet上的流場狀态相同。單擊initialize按鈕,完成流場的初始化。

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6.求解

(1)開始疊代。單擊項目樹中的run calculation項,打開run calculation面闆,在number of iterations下面的輸入框中輸入500,即疊代500步,如圖2-53所示。單擊calculate按鈕,開始計算。

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(2)疊代開始後,圖形視窗中會動态顯示殘內插補點和出口平均水流速度随疊代過程的變化曲線。當疊代完500步後,出口速度收斂曲線如圖2-54所示。由收斂曲線可以看出,出口平均水流速度基本不變化,可以認為計算已經收斂。

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7.儲存計算結果并退出

(1)執行file→write→case&data指令,儲存案例檔案和計算結果。

(2)退出fluent。單擊fluent界面右上角的圖檔 56(關閉)按鈕,在彈出的warning對話框(見圖2-55)中,單擊ok按鈕,退出fluent。

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