FLUENT明渠邊界的應(yīng)用（Open Channel Flow）

2016-11-30 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

FLUENT的VOF模型中,包含有明渠流動(dòng)(Open Channel Flow)選項(xiàng),同時(shí)含包含有造波邊界(Open Channel Wave BC),用戶還可以使用Numerical Beach選項(xiàng)進(jìn)行邊界消波處理。想深入了解此功能的童鞋們,可以查看fluent文檔。這里我們以一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來說明這三個(gè)選項(xiàng)的使用方法。

1、問題描述

這里方便起見,以2D問題為例。水深2.7m,長(zhǎng)度20m,水面標(biāo)高0m。計(jì)算域如圖1所示。設(shè)置左側(cè)面為速度入口邊界,速度v=0.5m/s,右側(cè)面為自由出流邊界。采用open channel wave BC邊界需要設(shè)定入射波。本問題中,設(shè)定波高0.4m,波長(zhǎng)2m,波頭角0°,相位角-270°。

FLUENT明渠邊界的應(yīng)用（Open Channel Flow）fluent分析案例圖片1

圖1 問題描述

2、在workbench中建立模型

啟動(dòng)workbench,拖拽方式加入fluent模塊,如圖2所示。右鍵點(diǎn)擊A2單元格,選擇Properties,在彈出的屬性框中設(shè)置Analysis Type為2D。雙擊A2單元格進(jìn)入DM模塊。

FLUENT明渠邊界的應(yīng)用（Open Channel Flow）fluent分析案例圖片2

圖2 加入fluent模塊

3、DM中建立幾何

選擇XYPlane進(jìn)行草圖繪制(注意2D幾何必須創(chuàng)建與XY平面上)。進(jìn)入Sketching標(biāo)簽頁,選取合適的草圖繪制工具,繪制如圖1所示的幾何。草圖繪制完畢后,選擇Concept > Surface From Sketches,選擇Base Objects為繪制好的草圖,點(diǎn)擊Generate創(chuàng)建surface。退出DM模塊。

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圖3 建立surface

4、劃分網(wǎng)格

雙擊圖2所示的A3單元格進(jìn)入mesh模塊。為計(jì)算域劃分網(wǎng)格。在樹形菜單上點(diǎn)擊右鍵,選擇insert > Mapped Face Meshing,選擇幾何體,采用map方式劃分網(wǎng)格。

右鍵點(diǎn)擊mesh,選擇子菜單 insert > sizing,選擇幾何,設(shè)置element size為0.1。

右鍵點(diǎn)擊mesh,選擇子菜單Generate mesh,生成網(wǎng)格。

選擇左側(cè)邊,點(diǎn)擊右鍵,選擇Create named selection,設(shè)置邊界名稱為velocity_inlet。如圖4所示。同樣操作設(shè)置右側(cè)邊界名稱為outfow。設(shè)置上邊界名稱為walls_top,設(shè)置底部邊界名稱為walls_bottom(這里命名遵循一定規(guī)則的話,導(dǎo)入至fluent會(huì)自動(dòng)識(shí)別邊界類型,否則需要人工指定邊界類型)。

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圖4 指定邊界名稱

退出mesh模塊。右鍵點(diǎn)擊A3單元格,選擇Update以更新數(shù)據(jù)。

5、進(jìn)入FLUENT,設(shè)置general項(xiàng)設(shè)置

雙擊圖2中的A4單元格,進(jìn)入FLUENT設(shè)置。選擇Double Precision(雙精度)計(jì)算。

這里不需要進(jìn)行scale操作,設(shè)置Generate中Time為transient(瞬態(tài)計(jì)算),勾選Gravity項(xiàng),設(shè)置重力加速度方向?yàn)?/span>Y軸-9.81。如圖5所示。

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圖5 General設(shè)置

6、設(shè)置VOF

進(jìn)入Models項(xiàng),選擇MultiPhase,點(diǎn)擊Edit按鈕,設(shè)置多相流。進(jìn)行如圖6所示設(shè)置。

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圖6 設(shè)置VOF模型

7、設(shè)置湍流模型

選擇RNG k-epsilon模型,選用scalable wall function。如圖7所示。

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圖7 設(shè)置湍流模型

8、添加材料水

進(jìn)入material項(xiàng),添加水至材料清單中。(此步太基礎(chǔ),篇幅所限,略去)

9、設(shè)置Phases

進(jìn)入Phases項(xiàng),設(shè)置空氣為主相,水為第二相。

10、設(shè)置計(jì)算域?qū)傩?/span>

進(jìn)入Cell Zone Conditions項(xiàng),確保Phases下選擇的是Mixture,點(diǎn)擊Edit按鈕編輯流體域?qū)傩浴?/span>

進(jìn)入Multiphase標(biāo)簽頁,勾選Numerical Beach選項(xiàng),設(shè)置Free Surface Level(自由液面表高)為0,設(shè)置Bottom Level(河床標(biāo)高)為-2.7,設(shè)置流動(dòng)方向x為1,y為0。設(shè)置Damping Length Specification為End Point and Wave Lengths,設(shè)置End Point(波結(jié)束點(diǎn))為18,wave length(波長(zhǎng))2,number of Wave Length(波數(shù))4,其他采用默認(rèn)設(shè)置。點(diǎn)擊OK確認(rèn)完成計(jì)算域設(shè)置。

11、邊界條件設(shè)置

主要設(shè)置入口邊界與出口邊界。進(jìn)入Boundary Conditions項(xiàng),選擇Velocity_inlet,可以看到,fluent自動(dòng)匹配邊界類型為velocity inlet。確保phase選擇為mixture,點(diǎn)擊Edit進(jìn)入邊界條件編輯。

勾選Open Channel Wave BC,設(shè)置入口速度Uniform Flow Velocity Magnitude為0.5m/s,設(shè)置湍流強(qiáng)度2%,水力直徑5.4m。如圖8所示。

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