fluent气穴现象的数值模拟仿真实例

1、21.3. 问题描述这个问题是考虑由于孔边缘变化剧烈而形成的气穴。流动是压力流,入口压力5*105Pa,出口压力9.5*104Pa,孔的直径为4mm,D/d=2.88,L/r=8,D为入口直径,r为孔径,L为孔长。具体结构如图所示。2D模式打开FLUENT,选择Double Precision.(多相流一般推荐Double Precision读取网格文件cav.msh.FileReadMesh.1、Check the mesh.检查网格选择窗口左面的General,在General中的mesh窗口中选择check。以保证最小体积为正值。2、Check the mesh scale.检查网格的尺

2、寸在General中的mesh窗口中选择scale。保持默认设置关闭Scale Mesh窗口Examine the mesh (Figure 21.2.Figure 21.2 The Mesh in the Orifice利用轴对称建立了一半的问题模型,四边网格朝向孔口方向逐渐细化,在孔内,网格的比率为1 。在计算结束以后,可以沿对称轴对称显示结果。由于气泡较小,流速很快, 重力忽略不计,完全轴对称. 否则的话,你就要建立一个3D模型了。4、Specify an axisymmetric model.设定轴对称模型在General中的solver窗口中的Type选项中保持Pressure-Ba

3、sed(多相流必须选择pressure-based 求解器;在2D Space选项中,选择Axisymmetric。注意:严谨的瞬态计算要准确的模拟气泡形成、发展、由喷嘴喷进以及破灭的不规则周期。在这个练习,我们进行的是稳态的计算来仿真时间平均流中气泡在分离区域的出现。在fluent窗口左侧选择 Models1、Enable the multiphase mixture model.设置多向混合流ModelsMultiphaseEdit.A、在Model 选项中选择Mixture.“Multiphase Model”窗口出现.B、把Multiphase Model”窗口中Mixture Par

4、ameters 的Slip Velocity 前的对号出去.这里不选用Slip Velocity 。因为在这个练习中涡流强烈不会有大的气泡产生,所以重力不重要,因此这里没有必要选择slip velocity.C、单击OK 关闭Multiphase Model 窗口2、Enable the standard k- turbulence model with standard wall functions.选择标准的k-涡流模型。Models Viscous Edit.A、在Model选项中选择k-epsilonB、在k-epsilon Model选项中选择Realizable.C、在Near-W

5、all Treatment 选项中保持默认选项的Standard Wall Functions .D、单击OK 关闭Viscous Model 窗口。选择窗口左边的Materials1、给主相添加材料MaterialsFluidCreate/Edit.A、在Name输入water。B、在Density输入1000C、在Viscosity输入0.001.D、单击Change/Create.出现Question窗口为你是否覆盖air. 单击Yes.2、Copy water vapor from the materials database and modify its properties.从材料

6、库复制水蒸气,并修改相应属性。MaterialsFluidCreate/Edit.A、单击FLUENT Database.按钮,打开FLUENT Database Materials窗口。a、FLUENT Fluid Materials选项列表中选择water-vapor (h2o .滑动滑条就可以找到water-vapor (h2o.b、单击Copy使water vapor 进入模型.c、关闭FLUENT Database Materials窗口.B、Density中输入0.02558C、Viscosity中输入1.26e-06.D、单击Change/Create,然后单击close关闭Cr

7、eate/Edit Materials窗口.单击窗口左边的Phases1、Specify liquid water as the primary phase.指定水为主相Phasesphase-1Edit.A、在Name输入liquid.B、在Phase Material下拉列表中保持默认设置为water .C、单击OK关闭Primary Phase窗口.2、Specify water vapor as the secondary phase.指定水蒸气为第二相Phasesphase-2Edit.A、在Name输入vapor .B、在Phase Material下拉列表中选择water-vap

8、or .C、单击OK关闭Secondary Phase窗口.3、Enable the cavitation model.设置气穴模型PhasesInteraction.(1单击Mass标签.设置Number of Mass Transfer Mechanisms为1.确定Mass Transfer选项中From Phase下拉菜单中liquid被选中、在To Phase下拉菜单中vapor被选中.在Mechanism下拉菜单中选中cavitation.此时Cavitation Model窗口出现.保持默认设置,尤其是保持Vaporization Pressure为3540.注意汽化压力是与工作

9、液体的温度有关. 这里水的汽化压力对应的温度是300K。.单击OK关闭Cavitation Model窗口.单击OK关闭Phase Interaction窗口.在窗口左边选中Boundary Conditions对于多相流而言,要指定各相以及混合物的边界条件。在这个练习中,只要在进出口指定混合物和第二相的边界条件就可以。压力出口是downstream boundary顺流边界。与pressure inlets相反.1、Set the boundary conditions at inlet_1 for the mixture.设置inlet_1处混合物的边界条件Boundary Conditi

10、onsinlet_1Edit. (1在Total Gauge Pressure(总压设置为500000;在Supersonic/Initial Gauge Pressure(初始化压力设置为449000。如果选择压力入口初始条件进行计算(pressure-inlet conditions,Supersonic/Initial Gauge Pressure将与总压力(驻点压力stagnation pressure、Total Gauge Pressure联合在一起去计算初始值,在可压缩流动时根据等熵关系进行计算,在不可压缩流动时,是根据白努力方程进行计算。否则,在不可压缩流动计算中,Supers

11、onic/Initial Gauge Pressure输入会被Fluent忽略不计。在这个问题中,速度将根据这两个值的不同进行初始化。(2在Direction Specification Method下拉菜单保持默认选择Normal to Boundary(3在Turbulence选框中的Specification Method下拉菜单中保持默认选择K and Epsilon(4在Turbulent Kinetic Energy输入0.02.(5在Turbulent Dissipation Rate项保持1(6单击OK关闭Pressure Inlet对话框.2、在inlet-1为第二项设置边界

12、条件Boundary Conditionsinlet_1(1在Phase下拉菜单中选择vapor.(2单击Edit.打开Pressure Inlet对话框. (3单击Multiphase标签保持Volume Fraction默认值为0.(4单击OK关闭Pressure Inlet对话框.3、将inlet_1处的边界条件复制到inlet_2.Boundary Conditionsinlet_1(1在Phase下拉菜单中选择mixture.(2单击Copy.打开Copy Conditions对话框. 1从From Boundary Zone选择菜单中选择inlet_1.2从To Boundary

13、Zones选择菜单中选择inlet_2.3单击Copy.一个Warning对话框将打开,询问你是否将inlet_1边界条件复制到inlet_2. 单击OK. 4关闭Copy Conditions对话框.4、对outlet设置混合物的边界条件.Boundary ConditionsoutletEdit. (1在Gauge Pressure输入95000(2在Turbulence分组框中的Specification Method下拉菜单保持默认选项K and Epsilon.(3Backflow Turbulent Kinetic Energy输入0.02.(4在Backflow Turbulen

14、t Dissipation Rate保持默认1.(5单击OK关闭Pressure Outlet对话框.5、在outlet设置第二相的边界条件.Boundary Conditionsoutlet(1在Phase下拉菜单选择vapor.(2单击Edit. to open the Pressure Outlet对话框. 1单击Multiphase标签保持Volume Fraction为0.2单击OK关闭Pressure Outlet对话框.选择Boundary Conditions1.设置 operating pressure.Boundary ConditionsOperating Conditi

15、ons.（1）Vaporization Mass 设置 0.5. （2）Volume Fraction 设置0.95 . 注意: 对于高压降或者大流气比率的复杂算例而言，under-relaxation factors 要降低到0.1-0.2之间。Vaporization Mass 推荐为0.1， under-relaxation factor 可以设置为0.001到1. 3、设置残差绘图. Monitors ResidualsEdit. （1）在 Option 分组框中确保 Plot 被选择. （2）continuity 设置为1e-07；设置 x-velocity,y-velocity,k

16、,and epsilon 为1e-05.降低此值会提高计算准确度 （3）单击 OK 关闭 Residual Monitors 对话框. 4、Initialize the solution.初始化计算 选择 Solution Initialization Graphics and AnimationsContoursSet Up. （1）从 Contours of 下拉菜单选择 Turbulence. and Turbulent Kinetic Energy(k. （2）单击 Display. 在本算例中，网格是相当粗糙的，然而在气穴流动中，压力分布是主要因素，对于网 格的尺寸并不是要求很高。 4、绘制水蒸汽的 volume fraction (Figure 21.6. Graphics and AnimationsContoursSet Up. （1）选择 Phases. and Volume fraction 从 Contours of 下拉菜单. （2）从 Phase 下拉菜单选择 vapor. （3）单击 Display 关闭 Contours 对话框. 在孔径附近的高涡流动能区与高的气体含量相对应。这意味着较高的相转变率。 The high turbulent kine