本次使用的是滑移網(wǎng)格,動(dòng)網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)以后再討論。要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)如下圖所示。

杯子中裝滿水,現(xiàn)在以速度1rad/s延續(xù)1s鐘使杯子傾斜1rad,觀察5s鐘內(nèi)水的變化情況。

本例可以用滑移網(wǎng)格或動(dòng)網(wǎng)格實(shí)現(xiàn),但是使用滑移網(wǎng)格能夠保持較好的網(wǎng)格質(zhì)量。本例使用滑移網(wǎng)格。

FLUENT中的滑移網(wǎng)格可以最大限度的代替動(dòng)網(wǎng)格,尤其對于一些分界面確定的計(jì)算模型。滑移網(wǎng)格可以用于瞬態(tài)模擬中(其它如MRF,SRF,MP則很少用于瞬態(tài)模擬中)。

本例涉及到的內(nèi)容包括:

(1)分界面幾何模型的建立。涉及到多幾何體的創(chuàng)建。在workbench的DM模塊中很容易解決此類問題。但是如果要在ICEM CFD中創(chuàng)建網(wǎng)格的話,則需要進(jìn)行一些特別的處理。主要是各部分模型網(wǎng)格的組裝問題。

(2)區(qū)域運(yùn)動(dòng)的指定。在本例中主要是指定運(yùn)動(dòng)區(qū)域的旋轉(zhuǎn)速度。需要注意的是旋轉(zhuǎn)中心與旋轉(zhuǎn)方向的設(shè)定。

(3)多相流的使用。本例中使用的是VOF模型。

1、幾何模型

本例的幾何模型如下圖所示。尺寸是隨便定的。

如圖所示,計(jì)算模型分為三個(gè)區(qū)域,1、2、3分別對應(yīng)名稱為braket、zone與cup,如前所述,區(qū)域zone與cup為運(yùn)動(dòng)區(qū)域,運(yùn)動(dòng)方式用UDF進(jìn)行定義。

2、邊界類型

一共有兩對interface,分別位于zone區(qū)域與cup區(qū)域,zone區(qū)域與braket區(qū)域。如下圖所示。braket區(qū)域的左側(cè)、右側(cè)及下方邊界均為wall類型,上方邊界為pressure_outlet類型,內(nèi)部邊界為interface類型。cup區(qū)域左、右、下側(cè)邊界為wall類型,上方邊界為interface類型。在mesh interface中設(shè)置interface對,一共是兩對。

最終組合后的網(wǎng)格如下圖所示。

3、求解參數(shù)設(shè)置

導(dǎo)入模型后,在scale面板中進(jìn)行必要的scale操作以使模型尺度滿足要求。在general面板中設(shè)置使用瞬態(tài)模擬,并設(shè)置重力加速度。選擇RNG K-Epsilon湍流模型。設(shè)置多相流模型為VOF模型,如右下圖所示。

4、添加材料

在材料數(shù)據(jù)庫中添加水至當(dāng)前材料中。設(shè)置空氣為主相,水為第二相。VOF中主相與第二相的設(shè)置并沒太多的限制,但是一般將需進(jìn)行patch的相設(shè)置為第二相,或者將含量較少的相設(shè)置為第二相。當(dāng)然沒有明確的規(guī)定。設(shè)置水-空氣的表面張力系數(shù)為0.07。

5、區(qū)域運(yùn)動(dòng)UDF

這里使用宏DEFINE_TRANSIENT_PROFILE宏,設(shè)置當(dāng)時(shí)間小于1s時(shí),旋轉(zhuǎn)速度1rad/s,其它時(shí)間保持靜止。編譯此UDF文件。代碼如下:

#include "udf.h"
DEFINE_TRANSIENT_PROFILE(rotation_rate_ramp,time)
{
real rotation_rate = 0;
if(time <= 1)
{
rotation_rate = 1.0;
}else
{
rotation_rate = 0.0;
}
return rotation_rate;
}

6、區(qū)域設(shè)置

主要設(shè)置區(qū)域cup與zone的運(yùn)動(dòng)。FLUENT中區(qū)域默認(rèn)為靜止。以區(qū)域cup為例,設(shè)置運(yùn)動(dòng)如下圖所示:

zone區(qū)域設(shè)置與此完全相同。

7、邊界條件

需要特別說明的是,屬于某區(qū)域的wall需要設(shè)置相對速度,與區(qū)域的相對速度為0。主要是針對區(qū)域cup與zone。

設(shè)置braket區(qū)域中的pressure_outlet邊界靜壓為0,并設(shè)定湍流條件。

8、求解器控制參數(shù)

采用默認(rèn)。

9、初始化

選擇all zone進(jìn)行初始化。patch區(qū)域cup的第二相(水)體積分?jǐn)?shù)為1。如下圖所示。

10、設(shè)置迭代進(jìn)行計(jì)算

設(shè)置時(shí)間步長0.1s,時(shí)間步數(shù)50步進(jìn)行迭代。如下圖所示。

11、計(jì)算結(jié)果

如本篇開始所示。

——流沙