十字搅拌器内流体流动模拟

1、十字搅拌器内流体流动模拟二维十字搅拌器中间叶轮长h=9cm）宽l=2cm,搅拌桶中盛有水，半径r=0.5m , 搅拌器以角速度=5rad/s ,坐标系原点取为叶轮中心，模型简图如图-1所示。图-1、模型建立1、启动gambit,设置工作目录。2、首先建立十字搅拌器模型，搅拌器可以看成两个矩形合并而成，矩形的成应2h+l ,宽即为l ,故单击创建面板块，如图-2在create real rectangular faces 板中输入宽为0.2 ,高为0.02 ,单击apply,再输入宽为0.02 ,高为0.2 ,单击 apply,生成如图-3所示的交叉的两个矩形，其中矩形的中点和原点重合。3、图-

2、2图-33、将两个交叉矩形合并为一个面域，在face面板中，利用布尔运算如图-4所示, 将两个矩形进行合并，如图-5所示图-4gy图-54、下面再创建动区域和静区域交界的两个圆，在face面板中的create realcircular face面板中，如图-6中的radius栏中输入0.5,单击apply,再次输入 0.12 ,单击apply ,如图-7所示。图-6图-75、接下来进行面域的布尔运算，在 face面板的subtract real face升，如图-8所示进行布尔减操作（保留小圆面域），将大圆面域减成一个圆环如图-9所示图-8图-96、再用十字搅拌器面减去小圆面域， 同样在sub

3、tract real facess板中依此输入两个面域（不保留十字搅拌器面域）如图-10,单击apply键，模型将建立成功。subtract rea) facesfacesubtractfacestolerance|ace.5retain|ace.2|retainauto iapply | r-s.t | qg |图-10二、网格划分1、选择网格划分模块，打开 meshfaces面板。在faces中选取圆环面域，设置 网格划分方式为 quad单元和map法划分，选择spacing下面的interval count, 并填入200,在proj intervals（径向划分的间隔数）输入50,如图

4、-11所示，单击apply进行吊定，生成如图-12所示的面网格。图-11图-122、接着，冉对中间动区域进行网格的划分， 在mesh faces面板中的faces中选取 中间表征动区域的面域，如图-13所示，运用的网格划分方式为 quad单元和pave法划分，选择spacing下面的interval size并在左侧输入0.005,单击apply进行 确定，生成如图-14的网格。图-13图-153、进行边界条件的定义，进入到边界条件的设置模块，在specify boundary types 面板中选择十字搅拌器的12条边，将它们定义为 wall边界，名字为jbq-wall。然后选择圆环与动区域

5、交界的两条边，这里的两条边是重合在一起的，将其两条边都定义为interface界，名字分别为interface-1和interface-2,如图一15所 示。图-154、进行计算区域的定义，将其区域定义为静区域和动区域，在 specifycontinuum types面板中将外部面定义为 fluid ,名称为jing,将内部面域定义 为fluid ,名称为dong,如图-16所示。5、进行网格质量的检查，如图-16.1、图16.2所示。6、最后执行file export-msh命令，将网格输出为.msh格式图-16；.7ljn?!te3e：!l!iri. ct.,图-17.1图-16.2三、求

6、解计算1、启动fluent!维单精度计算器，执行 file-reack case命令，将.msh文件 读入如图一17所示2 fluent 2d, pbnsf skek恪grid define solve adapt surfaee display plot report parallel hreadwrite卜data一importexport.,cas? & data.pdf.dtrm rays.view factor5.irrterpolate.k.hardcopybatch option1smprofile. !p1sat table.,save layoutscheme-rum”juu

7、rrih rsf.def a ult_id4760zuoyeexite rweito ngdao 3miiwa nggedefau it_id4464n n _ _ _图-182、对网格进行检查，执行check命令，检查窗口最后一行将会出现“ done”语 句，执行scale命令，在如图18中对计算区域的尺寸和单位制进行设置，单 位为m,保持默认值。图-18mr f模型的计算1、执行de巾ne-models-solver命令，弹出如图-19的对话框，保持默认设置，单 击ok按钮。2、执行 define-models-viscous命令，弹出 viscous model 对话框，在 model

8、选项 中选择k-epsilon (2 eqn),在k-epsilon model选项下选择standard,保留其他默 认设置，如图-20s3 solversolver pressure baseddensity basedformulation implicitc expricilspacei*2daxi symmetricaxisymmetric swirli r 3dvelocity farmulation absolute relative；gradient optionf gireen-gauss cell based, green-gauss node b&sedleast squ

9、ares cell basedtime(* steady, unsteadyporous formulation# superficial velocityphysical velocity图-19m viscous modelmodelinviscid laminarspalart-allmaras |1 eqn) k-epsilon (2 eqn k-omega (2 eqn reynolds stress |5 eqnk-epsilon model standardc rng realizablenearwall treatment standard wall fundions non-

10、equilibrium wall functions enhanced wall treatment user-defined wall functionsmodel constants.cmud.09ci-epsilon 1.44c2-epsllon1.92_ike prandtl numberidustr defined fund沁nsturbulent viscositynoneprandtl numbersok cancel help图-203、定义流体的材料-水，完成对材料物性的定义(水的密度和动力粘度分别为998.2kg/m3和0.001003kg/(m?s),zai 5rad/s

11、的角速度下，旋转水的雷诺数约为 104,)如图-21所示。3 fluent database materialsfluent fluid malurialsivinyl-trichlorosilane g*cl3cli2ch vinylidene-chloride |ch2cd2material typefluidwater-liquid h2owater-vapor (h2o wood-volatiles (wood vol)ordqr materials by “ name 厂 chemical formuladeletepropertieshelp |edit.closenew.copy

12、 materials from case. i图-22图-214、下一步设置计算的环境，执行 de巾ne-operating condition命令，打开对话框, 保持默认值，如图-22所示，点击ok按钮。回 operating conditionsi pressuregravityoperating pressure (pascai) gravity i 1101325reference pressure locationok cancel help5、执行de巾ne-boundary condition命令，弹出如图-23所示的进行边界条件的 定义，定义如下：图-23在左边的zone栏选中

13、jing,其type为fluid,单击sat按钮，打开如图-24所 示。在对话框的material name下拉列表中选择 water-liquid ,单击ok,即设 置静区域的流体为水。在左区域的zone栏中dong,其type也为fluid,单击set,打开如图-25所 示。在对话框的material name下拉列表中选择 water-liquid ,选择motion中 的 motion type 为 moving reference frame 即启动 mrf模型，在 rotational velocity的speedrad/s栏中4u入5,单击ok,即设置动区域内的流体为水， 且以5

14、rad/s的角4度在旋转。在左边的zone栏中选中jbq-wall,其type为wall,单击set,打开如图-26 所示的wall对话框，在对话框 momentum下选择 wall motion中的moving wall,并选择 motion 下方的 relative to adjacent cell zone和 rotation,保持 speedrad/s五口 rotation-axis origin 的 xm卜ym为0,单击ok,即定义十字搅拌器叶轮与邻近的区域一起以5rad/s同步转动。6、出来定义以上边界条件之外， 还要定义交界面，执行de巾ne-grid interfaces 命令

15、，弹出如图-27所示的对话框，在grid interfaces输入栏中输入名称交界， 在 interfaces zone 1 列表中选择 interface-1,在 interfaces zone 2列表中选择 interface-2,单击create按钮创建交界面。二 fluidzone name i jingmaterial namewater-liquidedit. jporous zonelaminar zonesource terms fixed valuesmotion porous zone reaction source terms fixed valuesrotation-a

16、xis originmotion type stationaryokii cancel help |图-24l- fluid图-25n wall图-267、下面对求解参数进行设置，执行 置，如图-28所示，单击ok按钮。图-27solve-control-solution 命令，保持默认设图-288、对流场进行初始化，执行 solve-initialize命令，在solution initialization对话框 中选择all-zones,对全区域进行初始化，顺序单击init、apply、close按钮，如图 -29所示。solution initialization图-299、初始化后，执

17、行 solve-monitors-residual命令，在弹出的 residual monitors对 话框中选择plot,打开残差曲线图。对话框下方的criteria中可以输入各参数的收敛精度要求，将其设置为0.0001,单击ok按钮，如图-30所示。口 residual monitors图-3010、完成上述的步骤的设置后，执行 file-write-case命令，将功成文件进行保存 设置。11、执行solve-iterate命令，设置迭代步为1000,如图-31,单击iterate按钮开 始解算。得到的残差图如图-32所示。图-31iterationnumber of iteration

18、sreporting intervaludf profile update intervalite rate apply close helpmntinuity x-mj白身.-y-vileoityk皿3saik用蜕e心隹wit 301。fluent6.3 |a e 皿图-3212、计算完后，执行 display-contours命令，选择 contours of下拉列表中的 pressure和 static pressure 选择 contours of 下拉列表中的 velocity 和 vorticity magnitude,执行 display-vectors命令，选择 vectors

19、 of 下方列表中的 velocity, 可以分别看到搅拌桶内与十字搅拌器周围的流速分布。如下图所示（图 -33、图 -34、图-35、图-36、图-37）2.5o0-k52 2.37e)2 2.23e*o2 2 口如钟21.91b-h)2 1 67e+d2 1 s3e-*02 1 融+021 25e+j2 lth2 971b+d1 a.32e*o1 s-.b3b401 5s3e+0l 4j4e-h0i 2.74b+o1 1 35e+cl 3 mapr 17,2016fluent 6. a m pens.%鲂n 5.0 ie-014.70e-o14.51e-o1 4.01 e-013.76e-

20、ol9.51e-0l3.2fe-o13.oqe-j012 76e-o12.5oe-o12.25s-o12.006-011.75e-o11.5qe-011 25e-o1 t ode-017.51 #-025.0 ie-022.5o6-o2contours of vetocity magnrtucie (m/s)apr 17. 2016fluent 6.3 (2d, pbns, ske)图-34全区域的速度分布图5,q1e-0l4 76e-o14 51e-01 4.2be-0l 4.01c-01 3.76e-01 3.51e-0l3维川 3.00e-fl1 2j5-o1 2.50e-fl1 2.2

21、5e412 0cte-fl1 1.7 国411.25e-fl1 1。氏山1 7.51e-02 5.016-022 50e-(j2 o.ode+ooconlours of velocity magnilude (m/s)apr 17.2016fluent6.3 (m pb吗 ske)0.00e+00图-35十字搅拌器周围的流速分布云图is-ase-01 5 的 91 5,29e-o1ls.01e-o1 4 72e-oii4 44e-01 4.100-0113.07e-o1i3.59&o1|32口已由1 3 o2e-oi 2.74e-o1l 2j5b-o1 z17e-01l 19111 60e-o

22、ii 1 32e-ol1i.03-o1 7伽9 4 ese-021 81b-o2velocity vectors cotofed by velocity magnilude (mis)apr 17,2016fluent 6, a m pms.欧a图-36全区域的流速矢量图i5.86e-ol 5l5bb 5,29e-o1l 5.d1e-01 4 72e4)ii 4 44e-01 4.16b-o1i 3.07e-o1l 3.s9e-o1li3-.30601 3 q2 w z74s-01i 2j5b-o1 z17e-01l 1.白奥孙l11 60e-oii 1 3271 1lq34-g1 7星舞42

23、 4 056-02 1 91b-o2velocity vectors cotofecj by velocity magnitude (mis)apr 17,2016 fluent e a rn pens.瑞看)图-37十字搅拌器周围的流速矢量图13、执行file-write-data命令，将其保存为.dat文件。滑移网格模型计算利用滑移网格模型计算时，可直接在其上次模型的基础上修改1、由于滑移网格模型求解的是非定常问题，所以首先执行 define-models-solver 命令，将time下方的steady改为unsteady,如图-38所示，单击ok按钮。图-382、需要改变动区域的流体定

24、义，执行 define-boundary conditions命令，在左边 的zone栏中选中dong,单击set按钮，打开如图-39所示的fluid对话框。在对 话框的 material name 下拉列表中选择 water-liquid ,选取 motion 中 motion type 为 moving mesh,启动滑移网格模型，并在 rotational velocity 的 speedrad/s中 输入5,单击ok按钮。其他边界条件定义、交界面、球结参数的定义与mrf模型设置均相同，这里 不用重复设置。3、再次对流场进行初始化， 执行solve-initialize命令，在solut

25、ion initialization对 话框中选择all-zones,对全区域进行初始化，顺序单击init、apply、close按钮， 如图-40所示。图-39图-403、完成上述步骤的设置后，执行file-write-case命令，将功成文件进行保存设4、执行 solve-iterate命令，设置时间步长为(time step sizes 0.1,时间步(number of time step)为 500,并将 iteration 下方的 max iterations per time step 改为40,如图-41所示，单击iterate按钮开始解算。得到的残差图如图-42所示口 ite

26、ratetimenumber of time steps 509time stepping methodg fixedadaptive广 variableoptionsr daita sampling for time statistiesiterationwwwmax iterations per time stepreporting inten/aldf profile update interval 1iterate apply! closel help图-41residualssntinully x-wioclty y-velacilyapr 17,2016fluent 6.3 (2(

27、1, pbn与 ske, unsteady)图-42scaled residuals (time=3.5000e+00)6、与mrf模型计算完后的都处理一样，可得到下图的压力和流速分布云图以及 流速矢量图，如下图所示，（图-43、图-44、图-45、图-46、图-47）。4雌加2 3.81e+o2 3.s4e+o2 3.27#+023 0os2 2 73e*02 2侬*醛 2jse-h)21.92*-h)21 65em2 1 3取制2 1.11le+02 emoe 5.706+4)13.0l#+013 1wmq -2.3se+01 $082 .776e+01 -1.05e+d2apr 17,

28、2016fluent 6,3 (2d. pbits. ske. unsteady)图-44全区域的速度分布图contours of static pressure (piascal) (time=3_5m0e+00)apr 17. 2016fluent 6.3 (2d, pbns, ske, unsteady)图-43全区域的压力分布图5.13e-0l 4-67e-0l4 61&-014.3e-01 11。舁口 13.65&-o13 59 葬 q1 3.13&-o1 ame-d12.&2e-012.56&-q1 2-31 &-012 唾 *q1 1.79&-01 1.545-d11.38&-0

29、1 1j3b-d17 69&-025 13e-02 之弟占。之 0 00e*00contours of velocity magnitude (m/s) (time-3.5000e+00)5.13&-014 田 7er14.6 ie-0143 * qi 4.10e-01 3.a5e-013.59e-fl13.33&-o13.08e-01 2,fl2e-012.56eo12.31&-01 工 05hl 1,7971 1.54e-0l1.28e-011.03e-017.69e-025.13e-022.56e-02 0.00e+00contours df velocity magnitude (m/-s) (time=3.5000e+00)apr 17, 2016fluent 6_3 (2d. pbnsr ske, unsteady)图-45十字搅拌器周围的流速分布云图图-406.39216.07&-o1 576e-h5 44建01 5.12714.81 e-01 4.496-o1 4.1