ABAQUS/CFD基簡(jiǎn)單知識(shí)與案例

2017-04-20  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

本篇文章主要介紹ABAQUS/CFD(Computational Fluid Dynamics計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))簡(jiǎn)單知識(shí)和案例展示。

一、基本概念

1) CFD:通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算對(duì)包含有流體力學(xué)相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所作的分析。它可以被看作是在流動(dòng)基本方程(質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程)控制下對(duì)流動(dòng)的數(shù)值模擬。通過CFD及與其他物理場(chǎng)的耦合分析可以得到流場(chǎng)內(nèi)各個(gè)位置及時(shí)間上的基本物理量(如速度、壓力、溫度、濃度等)。

2)流體的粘性(Viscocity):流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間或流層間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生內(nèi)內(nèi)摩擦力以反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。流體粘性產(chǎn)生的物理原因主要因?yàn)榱黧w的內(nèi)聚力、分子的動(dòng)量交換、分子間吸引力、分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

本文部分圖片來(lái)自百度文庫(kù)中的《經(jīng)典流體力學(xué)課件-上海交大》

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3)牛頓內(nèi)摩擦定律:液體在做層流運(yùn)動(dòng)時(shí),相鄰流層之間的切應(yīng)力與切應(yīng)變率成線性關(guān)系。

比例系數(shù)

稱為流體粘度。它的值取決于流體性質(zhì)、溫度和壓力大小。流體粘度物理意義為產(chǎn)生單位速度梯度,相鄰層流在單位面積上所作用的內(nèi)摩擦力(切應(yīng)力)大小。若

為常數(shù)則稱該類流體為牛頓流體;否則稱為非牛頓流體。空氣、水等均為牛頓流體;聚合物溶液、含有懸浮力雜質(zhì)或纖維的流體為非牛頓流體。

4)層流與湍流:自然界中的流體流動(dòng)狀態(tài)主要有兩種形式,即層流(laminar)和湍流(turbulence)。一般來(lái)說湍流是普遍的,而層流屬于個(gè)別現(xiàn)象。沒有一個(gè)簡(jiǎn)單統(tǒng)一的湍流模型能夠充分處理不同的流動(dòng)條件和幾何構(gòu)型。在眾多當(dāng)前可用的湍流模型和建模方法{例如雷諾時(shí)均方程(RANS)、非穩(wěn)態(tài)雷諾時(shí)均方程(URANS)、大渦模擬(LES)、隱式大渦模擬(ILES)以及雷諾時(shí)均方程/大渦模擬混合}里選擇合適的湍流模型,以符合建立的物理問題模型是一件復(fù)雜的事情。(HRLES)。

Abaqus/CFD內(nèi)可用的湍流模型包括:ILES模型,Spalart-Allmaras (SA)模型, RNG k– ε 模型, realizable k– ε模型, SST k– ω 。各模型的解釋建議各位查看相關(guān)書籍或者查看“CFD仿真之道”微信公眾號(hào)下的《繞不開的湍流模型》。

二、案例

本文以水射流為基礎(chǔ),進(jìn)行噴嘴內(nèi)流體的CFD仿真案例展示。

1)創(chuàng)建分析模型類型,選擇With CFD Model。

2)創(chuàng)建幾何部件。在Part Module下點(diǎn)擊

,選擇Revolved solid,點(diǎn)擊

Continue,創(chuàng)建噴嘴內(nèi)流體部件:

2)創(chuàng)建材料屬性。本處與其他分析類型創(chuàng)建材料屬性步驟一樣,只不過是流體材料,材料屬性有所不同,建立水的材料屬性(密度1000kg/m3,運(yùn)動(dòng)粘度約為0.1e-3Pa·s,均勻Homogeneous材質(zhì)),并賦給創(chuàng)建的零件。復(fù)制后如下圖:

3)創(chuàng)建裝配體,創(chuàng)建由如上當(dāng)個(gè)零件構(gòu)成的裝配體。

4)創(chuàng)建CFD分析步。切換到Step Module下,點(diǎn)擊

,彈出創(chuàng)建分析步對(duì)話框,直接點(diǎn)擊Continue,彈出Edit Step對(duì)話框,除選擇k– ε湍流模型外,其他保持默認(rèn)設(shè)置,點(diǎn)擊OK,完成分析步的創(chuàng)建。

5)創(chuàng)建載荷和邊界條件。點(diǎn)擊

,彈出創(chuàng)建邊界條件對(duì)話框,進(jìn)行如下設(shè)置,點(diǎn)擊Continue,①選擇入口面,②點(diǎn)擊Done,彈出邊界條件編

輯對(duì)話框,進(jìn)行如下設(shè)定速度向內(nèi)1m/s。

同步驟設(shè)定出口邊界條件,具體如下圖

創(chuàng)建管壁邊界條件,點(diǎn)擊創(chuàng)建邊界條件圖標(biāo),彈出對(duì)話框,選擇Fluid Wall Condition,點(diǎn)擊Continue。

保持默認(rèn)屬性,點(diǎn)擊OK,完成管壁邊界條件的創(chuàng)建。

創(chuàng)建預(yù)定義湍流場(chǎng),點(diǎn)擊菜單欄Predefined Field→Create,進(jìn)行如下選擇,然后點(diǎn)擊Continue,彈出預(yù)定義場(chǎng)編輯對(duì)話框,然后輸入湍流強(qiáng)度和擴(kuò)散率,此處數(shù)值需根據(jù)湍流模型和實(shí)際數(shù)值計(jì)算而得,用戶可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)的公式查閱,本文展示,未進(jìn)行計(jì)算。

6)網(wǎng)格劃分。進(jìn)行正常網(wǎng)格劃分,劃分結(jié)果如下:

7)與其他類型仿真一樣,創(chuàng)建Job,并提交任務(wù),任務(wù)完成后,進(jìn)行后處理動(dòng)作。用戶可查看流體的壓力和速度分布等。

本文只是進(jìn)行Abaqus/CFD仿真的知識(shí)簡(jiǎn)述和流程展示。

文章如有不妥之處,歡迎交流討論。

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