旋風(fēng)分離器的建模及fluent模擬

1、gambit建模部分本次模擬為一旋風(fēng)分離器，具體設(shè)置尺寸見建模過程，用空氣作為材料模擬流場。為方便圖形截取，開始先設(shè)置界面為白色窗體，依次點(diǎn)擊“edit”，“defaults”，“graphics”，選擇“windows_background_color”設(shè)置為“white”，點(diǎn)擊modify。關(guān)閉對話框。1 利用gambit建立幾何模型1. 雙擊打開gambit2.4.6，2. 先創(chuàng)建橢圓柱依次點(diǎn)擊“operation”下的“geometry”創(chuàng)建體“volume”，點(diǎn)擊“create real frustum”，輸入數(shù)據(jù)基于z軸正方向創(chuàng)建“height 475；radius1 36.25；

2、radius3 95”，點(diǎn)擊apply，生產(chǎn)橢圓柱體。如圖1-1，圖1-2。圖1-2橢圓柱生成圖圖1-1橢圓柱設(shè)置對話框3. 創(chuàng)建圓柱體再次利用創(chuàng)建橢圓柱按鈕，輸入數(shù)據(jù)基于z軸正方向創(chuàng)建“height 285；radius1 95；radius3 95”，點(diǎn)擊apply。移動剛剛創(chuàng)建的圓柱體，依次點(diǎn)擊“geometry”，“volume”，點(diǎn)擊“move/copy”，選擇剛剛創(chuàng)建的圓柱體，點(diǎn)擊“move>translate”，輸入移動的數(shù)據(jù)“x=0，y=0，z=475”，并選擇connected geometry，點(diǎn)擊apply。如圖1-3，1-4所示。 圖1-5生成小圓柱體圖1-4圓柱

3、體生成圖圖1-3圓柱體移動設(shè)置對話框 同樣的方法創(chuàng)建小圓柱體，輸入數(shù)據(jù)基于z軸正方向創(chuàng)建“height 150；radius1 32；radius3 32”，點(diǎn)擊apply。同樣的方式移動小圓柱體，點(diǎn)擊“move>translate”，輸入移動的數(shù)據(jù)“x=0，y=0，z=665”，不選擇connected geometry，點(diǎn)擊apply。如圖1-5，圖1-6，圖1-7所示。圖1-8實(shí)體圖圖1-7小圓柱體移動生成圖 圖1-6小圓柱體移動命令對話框 顯示實(shí)體圖，如圖1-8。4. 將小圓柱體進(jìn)行分割，分成上下兩個(gè)圓柱面，點(diǎn)擊“split volume”，選擇被分割的圓柱體volume2，選擇

4、下部組合體為分割體，點(diǎn)擊“bidirectional和connected”，點(diǎn)擊apply。刪除volume3。如圖1-9，圖1-10所示。圖1-10生成實(shí)體圖圖1-9實(shí)體分割命令對話框 5. 創(chuàng)建旋風(fēng)分離器進(jìn)風(fēng)口，點(diǎn)擊依次點(diǎn)擊“geometry”，“volume”，“create real brick”，基于中心，輸入數(shù)據(jù)“width 140 ，depth 38，height 95”，點(diǎn)擊apply。如圖1-11，圖1-12所示。移動矩形風(fēng)口，依次點(diǎn)擊“geometry”，“volume”，“move/copy volumes”，選擇“move>translate”，輸入“x=70，y

5、=-76，z=712.5”，點(diǎn)擊apply。如圖1-13所示。將矩形與旋風(fēng)分離器體使用布爾運(yùn)算合為一體，依次點(diǎn)擊“geometry”，“volume”，“unite real volume”。圖1-13移動長方體圖圖1-12生成長方體圖圖1-11創(chuàng)建長方體命令對話框6. 創(chuàng)建分割圓柱體，基于z軸正方向，輸入圓柱體尺寸 “height 1000，radius1 95，radius3 95”，點(diǎn)擊apply。如圖1-14所示。分割旋風(fēng)分離器主體，點(diǎn)擊“geometry”，“volume”，“split volume”，選擇被分割體旋風(fēng)分離器主體，選擇分割體剛剛創(chuàng)建的大圓柱體，選擇連接“connec

6、ted”，點(diǎn)擊apply。則旋風(fēng)分離器上部進(jìn)風(fēng)口與本體分成相連的兩部分。圖1-14創(chuàng)建分割體圖圖1-15創(chuàng)建分割面圖圖1-16分割命令對話框7. 創(chuàng)建矩形分割面。直接點(diǎn)擊“geometry”，“face”，“create real rectangular face”，基于z軸正方向，輸入矩形面尺寸“width 400，height 400”，點(diǎn)擊apply。移動剛剛生成的面，點(diǎn)擊“geometry”，“face”，“move/copy face”，選擇“move>translate”，輸入“x=0，y=0，z=665”，點(diǎn)擊apply。如圖1-15所示。利用剛剛生成的分割面分割旋風(fēng)分離器

7、柱體上半部分。點(diǎn)擊“geometry”，“volume”，“split volume”，選擇被分割體，選擇剛剛建立的分割面，點(diǎn)擊apply。如圖1-16。至此生成了幾何模型。如圖1-17所示。圖1-17實(shí)體模型二劃分實(shí)體網(wǎng)格1.劃分進(jìn)風(fēng)口位置網(wǎng)格。依次單擊operation下的“mesh”，“volume”，“mesh volume”，選擇volume 1，選擇元素“hex/wedge”，類型“cooper”，選擇源面“face 18，face 19”，選擇spacing 網(wǎng)格個(gè)數(shù)“interval count 20”。生成如圖2-1所示。2. 劃分出上部出風(fēng)口柱體網(wǎng)格。在上面操作基礎(chǔ)上，選擇

8、volume 1，選擇元素“hex/wedge”，類型“cooper”，選擇源面“face 7，face 9”，選擇spacing 網(wǎng)格個(gè)數(shù)“interval count 30”。生成如圖2-1，圖2-2所示。 圖2-1劃分網(wǎng)格對話框圖2-2生成實(shí)體網(wǎng)格3.劃分旋風(fēng)分離器上部柱體網(wǎng)格。在以上操作基礎(chǔ)上，選擇volume 7，選擇元素“hex/wedge”，類型“cooper”，選擇源面“face 23，face 25”，選擇spacing 網(wǎng)格個(gè)數(shù)“interval count 40”。生成如圖2-3，圖2-4所示。圖2-3劃分網(wǎng)格對話框圖2-4生成實(shí)體網(wǎng)格圖4. 劃分旋風(fēng)分離器下部圓柱柱體及

9、圓臺網(wǎng)格。在以上操作基礎(chǔ)上，選擇volume 5，選擇元素“hex/wedge”，類型“cooper”，選擇源面“face 1，face 25，face11”，選擇spacing 網(wǎng)格個(gè)數(shù)“interval count 40”。生成如圖2-5，圖2-6所示。圖2-6生成實(shí)體網(wǎng)格圖圖2-5劃分網(wǎng)格對話框 5.網(wǎng)格檢查，依次點(diǎn)擊“examine mesh”，“range”，“3delement”，滑動水平滾動條檢查網(wǎng)格質(zhì)量。三定義邊界1.定義速度入口邊界。依次單擊“zone command button”，“specify boundary types”，選擇“add”，輸入name“veloci

10、ty_inlet.1”，選擇速度入口，選擇進(jìn)口面，點(diǎn)擊apply，成功定義速度入口面。如圖3-1所示。2.定義出口邊界。同樣的方法，依次單擊“zone command button”，“specify boundary types”，選擇“add”，輸入name“outflow.2”，選擇outflow，選擇出面，點(diǎn)擊apply，成功定義出口面。如圖3-2所示。3.定義交界面。同樣的方法，定義位于旋風(fēng)分離器內(nèi)部小圓柱面的下圓面為interface面。如圖3-3所示。保存文件，點(diǎn)擊“file”，“save”。輸出網(wǎng)格，點(diǎn)擊“file”，“export”，“mesh”，不選擇“export 2-d

11、(x-y)”，輸入文件名“cyclone”，點(diǎn)擊“accept”，則在默認(rèn)保存位置生成一個(gè)cyclone.msh文件。至此完成gambit建模。 圖3-3設(shè)置交界面對話框圖3-2設(shè)置出口邊界對話框圖3-1設(shè)置入口邊界對話框fluent模擬部分一 網(wǎng)格處理1. 雙擊打開fluent6.3.26。選擇三維單精度求解器，單擊“run”，打開操作界面。如圖1-1。2. 讀入網(wǎng)格，依次單擊“file”，“read”，“case”，選擇之前建立的cyclone.msh文件。3. 檢查網(wǎng)格，依次點(diǎn)擊“grid”，“check”，留意到最小網(wǎng)格為正，無負(fù)體積。如圖1-2。圖1-2網(wǎng)格檢查部分內(nèi)容圖圖1-1初始

12、打開界面4設(shè)置計(jì)算區(qū)域尺寸，依次單擊“grid”，“scale”，選擇“grid was created in”為“mm”，單擊“scale”變換尺寸，完成計(jì)算域尺寸設(shè)置。再次檢查網(wǎng)格，提示需要設(shè)置“interface”面。5.單擊“display”，“grid”可以查看網(wǎng)格。二選擇計(jì)算模型 1定義基本求解器。依次點(diǎn)擊“define”，“models”，“solver”。保持原有默認(rèn)設(shè)置，即如圖2-1所示。圖2-2定義湍流模型對話框圖2-1定義slover求解器對話框2.湍流模型的選擇。依次點(diǎn)擊“define”，“models”，“viscous”。打開“viscous model”對話框，選

13、擇“k-epsilon(2 eqn)”，在展開的“k-epsilon model”中選擇“rng”，在“rng option”中選擇旋流占優(yōu)“swirl dominated flow”，其他保持默認(rèn)。單擊ok，關(guān)閉此對話框。相關(guān)設(shè)置如圖2-2所示。三.定義流體物理屬性假設(shè)工作流體為空氣。依次點(diǎn)擊“define”，“material”，保持默認(rèn)設(shè)置不變。如圖3-1所示。四.操作環(huán)境設(shè)置依次點(diǎn)擊“define”，“operating conditions”，打開operating conditions對話框，不考慮重力影響，保持所有默認(rèn)設(shè)置不變，單擊ok，并關(guān)閉對話框。如圖4-1所示。圖4-1定義

14、環(huán)境量求解器對話框圖3-1定義材料對話框五.定義邊界條件依次點(diǎn)擊“define”，“boundary conditions”，打開boundary conditions對話框。依次設(shè)置邊界條件如下。設(shè)置速度入口velocity_inlet.1。點(diǎn)擊邊界velocity_inlet.1，單擊“set”，彈出邊界條件設(shè)置對話框。設(shè)置速度大小“velocity magnitude”為30，設(shè)置湍流強(qiáng)度和水力直徑“intensity and hydraulic diameter”分別為10%，0.0543。其他邊界條件保持默認(rèn)。如圖5-1所示。圖6-1定義交界面對話框圖5-1定義速度入口對話框 六.i

15、nterface交界面的設(shè)置 依次點(diǎn)擊“define”，“grid interface”，打開grid interface對話框。在grid interface下面的文本框中輸入所有設(shè)置的交界面的名稱為“tempa”，然后在interface zone 1下面的列表中選擇interface.3，同樣在interface zone 2下面的列表中選擇interface.4，單擊create圖標(biāo)，即創(chuàng)建了一個(gè)名為tempa的交界面。如圖6-1所示。七.求解設(shè)置1設(shè)置求解控制參數(shù)。依次點(diǎn)擊“solve”，“controls”，“solution”打開求解器參數(shù)對話框，所有設(shè)置保持默認(rèn)，單擊ok，關(guān)閉

16、對話框。如圖7-1所示。2初始化。依次點(diǎn)擊“solve”，“initialize”，“initialize”，打開對話框，完成初始化操作。3打開殘差圖。依次點(diǎn)擊“solve”，“monitors”，“residual”，打開對話框，選中“plot”，重新設(shè)置殘差收斂標(biāo)準(zhǔn)為1e-6，點(diǎn)擊ok，關(guān)閉對話框。如圖7-2所示。 圖7-2殘差監(jiān)視器對話框圖7-1求解控制參數(shù)對話框 4保存文件。依次點(diǎn)擊“file”，“write”，“case and date”。5進(jìn)行迭代計(jì)算。設(shè)置迭代步數(shù)4000次。在計(jì)算到1755步時(shí)，對話框顯示迭代收斂。如圖7-3，圖7-4所示。圖7-4殘差監(jiān)視圖線圖7-3設(shè)置迭代

17、對話框八計(jì)算結(jié)果的處理1做三個(gè)截面作為后處理的截面。依次點(diǎn)擊“surface”，“iso surface”，打開如圖8-1對話框。在“surface of constant”中選擇grid，選擇“x-coordinate”，設(shè)置“iso-values”值為0，輸入“new surface name”為“x=0”。創(chuàng)建一個(gè)名為“x=0”的平面。圖8-1創(chuàng)建截面對話框同樣的方式設(shè)置基于z軸的兩個(gè)截面。在“surface of constant”中選擇grid，選擇“z-coordinate”，設(shè)置“iso-values”值為0.645，輸入“new surface name”為“z=645”。創(chuàng)建

18、一個(gè)名為“z=645”的平面。在“surface of constant”中選擇grid，選擇“z-coordinate”，設(shè)置“iso-values”值為0.36，輸入“new surface name”為“z=360”。創(chuàng)建一個(gè)名為“z=360”的平面。2顯示三個(gè)截面的矢量圖。依次點(diǎn)擊“display”，“vectors”。保持其他“vectors of”下的velocity選擇不變，在color by下面的列表中分別選擇“velocity”和“tangential velocity”，選擇surfaces下的x=0平面，scale輸入5，點(diǎn)擊display，調(diào)整視圖，點(diǎn)擊“display”，“views”，選擇左視圖“l(fā)eft”顯示平面上的速度矢量分布圖。如圖8-2，圖8-3所示。圖8-2設(shè)置顯示矢量圖對話框圖8-3生成矢量圖對話框同樣的方法查看z平面的速度矢量示意圖，將“display”，“view”視圖設(shè)置為top。如圖8-4為z=645截面矢量示意圖，如圖8-5為z=360截面矢量示意圖。圖8-4 z=645截面矢量圖圖8-5 z=360截面矢量圖3查看壓力圖。依次點(diǎn)擊“display”，“contours”，選擇“contours of”“pressure下的“static