fluent作业王京辉

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1、《FLUENT流体工程仿真计算实例与应用》课程报告有自由表面的水流.班级：车辆二班学生姓名：王京辉学号：20153138任课教师：王冬屏有自由表面的水流一、问题描述：一个敞开到大气的大容器，顶部半径为1m，高为1m，内部高度的1/3充满水，水上为空气。容器以角速度3rad/sec匀角速旋转。利用FLUENT-2d求解计算容器内的水流情况以及自由表面形状的变化过程。主要参数如下：角速度：ω=3rad/s；空气密度：ρ=1.225kg/m³；黏度：μ=178940kg/(m.s)；水的密度：ρ=998.2kg/m³；黏度：μ=1x10³kg/(m.s)二、利用GAMBIT建模：1、在gambit

2、中建模时只需要建一半容器的一般模型,容器在xy平面内关于y轴对称，。如图1所示。图1半个容器的轮廓图2、网格划分进行线网格划分，如图2所示。图2线网格分布图在面上创建结构化网格，如图3所示。图3面网格图2、设置边界类型（1）边X=0为压力入口（2）边Y=0为对称轴（3）其他为固壁如图4所示。图4边界类型设置4、保存rotat.msh文件。三、利用FLUENT求解器进行求解1、启动FLUENT求解器，将前处理建立的.msh文件导入到fluent-2d中。节点数为1271，单元数为1200。进行网格检查，网格体积必须全大于0。长度单位设置为分米。2、设置求解器（1）定义轴对称旋转瞬态流动模型。①

3、在space项选择轴对称旋转流动（axissymmetricswirl）；②在time项选择非定常流动（unsteady）；③在velocityformulation选择绝对速度（absolute）；④在unsteadyformulation项选择一阶隐式算法（1st-orderimplicit），其它选择默认。（2）设置vof模型①在model项选择vof；②在vofscheme项选择显式求解。③相得数量设置为2.（3）设置湍流模型Model设置为标准的κ-ε模型，其它保持默认。3、设置流体材料和属性从材料数据库中复制液态水，作为第二流体。4、设置基本相和第二相空气为基本相，水为第二相。5

4、、设置操作环境在此处设置x方向的重力加速度为9.81m/s²，如图5所示。并且设置工作流体的密度，保留默认设置即可。图5操作环境设置6、设置边界条件设置容器顶部的边界条件，如图6、7所示。图6压力入口边界条件设置图7压力入口边界条件设置设置容器固壁的边界条件，如图8。图8壁面边界条件设置7、求解。设置求解控制参数，图9所示。图9求解控制参数设置设置残差监视器设置监测点监测点的坐标为（0.75,0.65）如图10所示。图10监视器设置求解初始化选择压力入口为初始项。设置水的初始分布在迭代计算之前定义好在容器的下部1/3内。水的体积比例为1，并以3rad/s的角速度旋转如图11所示。因此需要为此

5、区域定义一个单元，另外，还需为容器的旋转速度定义一个自定义函数。定义自底部起1/3的区域，最大点的坐标和最小点的坐标分别为（0.66,0）和（1,1）。图11匀角速度旋转的速度分布图显示水的体积比例分布图，如图12所示。图12容器内的初始水、气分布图设置迭代计算时间间隔设置时间间隔为0.002s，自动保存的时间间隔为100步，设置1000个时间间隔计算。时间间隔为0.002s，在计算t=2s内的流动过程中，fluent会每隔0.2s自动保存一次date文件。其轴向速度随时间的变化过程如图13所示。图13监测点轴向速度变化图从图中可以看出速度波动的周期为1s，波幅显示出下降的趋势。轴向速度从正

6、值变为负值说明水在容器的边上是上下晃动的，流体质点趋向于一个平衡位置。波幅衰减说明在某一点上会达到这一平衡。8、计算结果的后处理绘制水气分布图分别显示在0.2s、0.4s，0.6s，0.8s，1.0s时容器内的水气分布云图。如图14所示。（a）0.2s时水气分布云图（b）0.4s时水气分布云图（c）0.6s时水气分布云图（d）0.8s时水气分布云图（e）1.0s时水气分布云图图14容器内的水气分布云图图14（a）～（e）分别为容器在0.2s、0.4s、0.6s、0.8s、1s时的水气分布云图，从中可以看出水面时随着时间逐渐趋于平衡的。这是因为旋转速度是随着时间而波动并逐渐衰减的，所以水面也会

7、随着速度的减小趋于水平。可以预期后面的计算结果是水面将逐渐趋于平衡，当重力和离心力水平时，水面达到了平衡。绘制速度矢量图和等流函数云图分别绘制在各个时间下容器的速度矢量与等流函数云图图，如图15所示。（a）0.2s时容器速度矢量与等流函数云图（b）0.4s时容器的速度矢量与等流函数云图（c）0.6s时容器的速度矢量与等流函数云图（d）0.8s时容器的速度矢量与等流函数云图（e）1.0s时容器的速度矢量与等流函