实体入水模拟过程

1、实体入水模拟过程3.2.1利用GAMBIT建立计算模型1）启动GAMBIT，打开对话框如图3.2.1选择工作目录为D:GAMBIT working。图 3.2.12）首先建立等边三角形，单击Geometry Vertex Create Real Vertex，在Create Real Vertex面板的x、y、z坐标输入（0,0,0），单击Apply按钮生成第一个点，按同样的方法建立点（0.4,0,0）。然后单击Geometry Edge Create Straight Edge，在Create Straight Edge面板中选择点1与点2，连接这两点省成线段。如图3.2.2图3.2.23）

2、单击Edge面板中的Move/Copy Edges按钮，打开如图3.2.3的面板，选择线段1，单击copy按钮，并选择Operation为Rotate，在Angle栏输入60，其他保持默认，单击Apply按钮。即旋转复制生成第二条线段。 图3.2.3 4）剩下的一条线段只需连接右侧两点即可，如图3.2.4所示。图3.2.45）创建三角形面。单击Geometry Face Create Face from Wireframe，在Create Face from Wireframe面板中利用Shift+鼠标左键框选等边三角形的三条边，然后单击Apply按钮创建面。 6）由于三角形面域的位置不对，所

3、以还要对其位置进行调整。首先需将其旋转210度。单击Face面板中的Move/Copy Faces按钮，在Move/Copy Faces面板中，选择面1（face.1），单击Move并选择Operation为Rotate，在Angle栏输入210，其他保持默认，单击Apply按钮。其次，需要将三角形平移，在Move/Copy Edges面板中选择面1（face.1），单击Move并选择Operation为Translate，在x与y栏分别输入3和8.4，单击Apply按钮完成平移操作，此时的视图窗口如图3.2.5所示。图3.2.57）建立矩形面域。单击Geometry Face Create

4、Real Rectangular Face，打开对话框如图3.2.6，在Create Real Rectangular Face面板的Width文本框和Height文板块中输入数值10，并选择Direction为+X+Y（表示以坐标原点为矩形在左下角进行绘制），单击Apply按钮生成矩形面。图3.2.68）至此，还需要绘制包裹三角形的外围区域。点击Geometry Face Move/Copy Faces在Move/Copy Faces面板中选择三角形面，单击Copy按钮，并选择Operation为Scale，设置Factor为1.5，其余保持默认设置，单击Apply按钮，生成了一个放大的三角

5、形面域，然后将这个新生成的面域移动至合适位置，即在Move/Copy Faces面板中选择face.3，单击Move并选择Operation为Translate，在x与y栏分别输入-1.45和-4.1，单击Apply按钮，此时的两个三角形位置如图3.2.7所示。图3.2.79）对面域进行布尔运算操作。单击Geometry Face Subtract Face，打开对话框如图3.2.8，在第一行Face文本框中选取矩形面，第二行Face文本框中选择面3,（放大的三角形），并选择Remain(保留面3)，单击Apply按钮，完成布尔操作。图3.2.810）此时，大三角形的3条边都含有重合的边，可使

6、用Edge面板中的Connect Edges按钮重合为一条。11）将两三角形对应的顶点相连，单击Geometry Edge Create Straight Edge，顶点连接之后，单击Geometry Face Create Face from Wireframe，将两三角形的空隙处建立成三个梯形面域，如图3.2.9所示。图3.2.912）到这一步，大小三角形面域都已经不再需要，单击Geometry Face Delete Faces，选择face.1和face.3，单击Apply按钮删除，只保留face.2、face.4、face.5、face.6。3.1.2计算网格的划分1）首先对三个梯形

7、面域face.4、face.5、face.6进行网格划分。单击Mesh Edge Mesh Edges，打开Mesh Edges面板，如图3.2.10，在面板中选取大三角的三条边，运用Intervalsize划分方法，并在左侧输入0.05。 图3.2.10单击Apply按钮，生成3.2.11所示的线网格。图3.2.112）然后对连接两个三角形的3条边进行划分，在Mesh Edge面板中相关操作，在Edges中选择两三角形顶点的三条连线。选择完后设置Ratio为0.9，以Interval count的方式进行划分，并在左侧输入10，即划分为10个间隔，单击Apply按钮生成这三条边的线网格，如图

8、3.2.12所示。图3.2.123）梯形面的线网格划分好后，进行梯形面的面网格划分，单击Mesh Face Mesh Faces，打开Mesh Faces面板，选中这三个面，运用Quad单元和Map方法对该面进行面网格划分，其他保持默认值，单击Apply按钮即可，其生成的网格如图3.2.13所示。图3.2.13 梯形面域的网格划分4）外围计算区域的网格划分。首先对矩形区域的四条边进行线网格划分，单击Mesh Edge Mesh Edges，在Edges中选取矩形的四条边，运用Interval size的划分方法，并在左侧输入0.1，单击Apply按钮，生成如图3.2.14所示的线网格。图3.2

9、.145）单击Mesh Face Mesh Faces ，在Mesh Faces面板中选取大矩形面，运用Tri单元与Pave方法对该面进行面网格划分，其他设置保持默认，单击Apply按钮，生成的网格如图3.2.15所示。图3.2.153.2.3 定义边界和区域1）单击Zones Specify Boundary Types，在Specify Boundary Types面板中选择小三角形的三条边定义为壁面条件（WALL），命名为Dong-wall；选择矩形区域的左右和下边界，类型为WALL，命名为w-w；矩形的上边界，类型为PRESSURE_OUTLET，命名为p-out。如图3.2.16所示

10、。图3.2.162）划分静区域和动区域，单击Zones Specify Continuum Types，在Specify Continuum Types面板中选择梯形面域face.4、face.5、face.6，类型为FLUID,命名为dong；将外围计算区域也定义为FLUID,命名为jing。如图3.2.17所示。图3.2.173）执行File Export Mesh命令，输出网格文件，在文件名中输入shitiluoshui.mesh，并选择Export 2-D(X-Y)Mesh，确定输出的为二维模型网格文件。如图3.2.18所示。 图3.2.15输出二维网格文件 自此，在GAMBIT软件中

11、，模型建立完毕，网格划分成功，边界定义之后，就可以生成Fluent软件进行仿真计算需要用的相关文件，为导入Fluent计算左做准备。GAMBIT中总共生成五个文件：mesh文件、jou文件、lok文件、trn文件。 3.3 利用Fluent软件进行小球如水数值仿真计算 求解计算的操作步骤如下：1） 启动Fluent软件。双击fluent6.3图标，弹出fluent version对话框，选择2d（二维单精度）计算器，单击Run按钮启动软件。如图3.3.1所示。图3.3.12）读入网格文件。执行File Read Case命令，读入划分好的网格文件shitiluoshui.msh，找到文件后，单

12、击OK按钮确认3）检查网格。执行Grid Check命令，网格读入后，一定要进行网格检查。（注意最小体积一定不能为负值）4）网格比例设置。执行Grid Scale命令，弹出Scale Grid对话框，由于在GAMBIT中是按照m为单位1:1建立的几何模型，所以不需要重新定义网格的尺寸，直接单击Close按钮关闭对话框即可。 5）选择计算模型，设置求解器。执行Define Models Solver命令，弹出的Solver对话框，在Time中选择Unsteady，其他保持默认值，单击OK按钮。6）选择多相流模型。执行Define Models Multiphase.命令，在弹出的Multipha

13、se Model对话框中选择VOF模型，其他保持默认值。7）定义流体材料性质。执行Define Material命令。从Fluent6.3自带的材料数据库中调用water-liquidh2o<l>，顺序单击Copy，Change/Create和Close按钮，完成材料的定义，如图3.3.3所示。图3.3.3 材料设置对话框8）定义基本相和第二相。执行Define Phases命令，在Phase列表框中选择Phase-1，定义为air，并在Name文本框中输入air代替原来的phase-1，选择Phase-2，定义为water-liquid，并在Name文本框中输入water代替原来

14、的phase-2，单击OK按钮。9）设置操作环境。执行Define Operating Conditions命令，打开Operating Conditions对话框，如图3.3.4所示，选中Gravity，指定重力方向为Y轴，在Ym/s2右侧输入-9.81，即重力方向指向底部。同时选择Specified Operating Density选项，保持Operating Densitykg/m3为1.225，单击OK按键确认。图3.3.410）设置边界条件。执行Define Boundary Conditions命令，弹出Boundary Conditions对话框。定义p-out（压力出口边界）

15、，单击set按钮，弹出如图3.3.5所示的对话框，保持相对压力值Gauge Pressure为0，单击OK按钮。回到Boundary Conditions 对话框，选择phase为Water，再单击set按钮，在Pressure Outlet对话框中的Backflow Volume Fraction中输入0.图3.2.511）设置网格运动。激活动网格并说明相关参数。执行Define Dynamic Mesh Parameters命令，在弹出的Dynamic Mesh Parameters对话框中勾选Dynamic Mesh 复选框，对话框自动展开如图3.3.6所示，在Smoothing选项卡输

16、入图示参数，图3.3.6勾选Remeshing，选中Size Function和Must Improve Skewness，在展开的对话框中，单击Mesh Scale Info，根据其中的参数，按照图3.3.7所示的相对较小的参数输入，单击OK按钮。图3.3.7 参数设定12）将下列信息用txt的格式输出保存，用于本题中的边界函数。13）执行Define Profiles命令，弹出Boundary Profiles对话框，如图3.3.8所示。单击Read按钮，导出上部的txt文件，单击Close按钮。图3.3.8 Boundary Profiles对话框14）说明实体运动的流体区域。执行Def

17、ine Dynamic Mesh Zone命令，弹出如图3.3.9所示对话框，在Zone Names下拉列表框中选择dong-w，设置Type选框为Rigid Body，选择Meshing Options标签，将其中的Cell Height文本框设置为0.05，单击Create按钮。然后选择Zone Names下拉列表框中的dong，进行与dong-w相同的设置，单击Close按钮。图3.3.9 Dynamic Mesh Zones 对话框15）设置求解参数。执行Solve Controls Solution命令，弹出Controls Solution对话框，将Discretization项的

18、Pressure设置为PRESTO!,Volume Fraction设置为Geo-Reconstruct，其他保持默认选项即可，如图3.3.10所示，单击OK按钮。图3.3.10 求解参数设置16）对流场进行初始化。执行Solve Initialize Initialize命令，在弹出的Solution Initialization对话框中选择all-zones，对全区域初始化，顺序单击Init、Apply、Close按钮。如图3.3.11所示。 图3.3.1117）补充初始区域的定义。执行adapt Region命令，弹出Region Adaption对话框，如图3.3.12所示。设置X M

19、in为0，X Max为10，Y Min为0，Y Max为5，然后单击Mark按钮，即完成水底区域的设置。图3.3.12 18）对水底部分区域进行初始化定义。执行Solve Initialize Patch命令，选择Phase下拉列表框为water，选择Registers to Patch列表框中的hexahedron r0，选中Volume Fraction，在Value文本框中输入1，如图3.3.13所示。最后单击Patch完成定义。图3.3.13 Patch对话框19）此时，可以检查一下底部是否有水的存在，执行Display Contours命令，选择Contours of为Phase和V

20、olume fraction，选择Phase为air，勾选Options栏中的Filled选项，单击Display按钮，弹出如图3.2.14所示的视图窗口，图中显示了初始时刻的空气体积分数云图，红色区域为空气，蓝色区域为水。图3.3.14 初始时刻的空气体积分数云图20）打开残差图，执行Solve Monitors Residual命令，在弹出的对话框中选择Option下面的Plot，以打开残差曲线图。对话框下方的Criteria栏中可以输入各参数的收敛精度要求，FLUENT默认为0.001，本例保持默认，单击OK按钮。21）设置动画相关参数，执行执行Solve Animate Define命

21、令，弹出Solution Animation对话框，按照图3.3.15所示设置参数。图3.3.15 动画个数设置22）接着对动画进行详细设置，单击图3.3.15中的Define按钮，弹出Animation Sequence对话框，选择Metafile，并在Window微调框中输入1，通过右侧Set按钮使对应的id窗口生效，此时会出现一个空白的图形窗口。在Display Type选项组中选择Contours，这时自动弹出Contours对话框，如图3.3.16所示，图3.3.16选择Contours of下拉列表框中的phase和Volume fraction，勾选Filled，单击Display按钮，即出现初始时刻的空气体积分数云图，参见图3.3.14所示。单击Close按钮，关闭Contours对话框，回到Animation Sequence对话框中单击OK按钮。23