實(shí)體入水模擬過程

1、實(shí)體入水模擬過程3.2.1利用GAMBIT建立計(jì)算模型1）啟動(dòng)GAMBIT，打開對(duì)話框如圖3.2.1選擇工作目錄為D:GAMBIT working。圖 3.2.12）首先建立等邊三角形，單擊Geometry Vertex Create Real Vertex，在Create Real Vertex面板的x、y、z坐標(biāo)輸入（0,0,0），單擊Apply按鈕生成第一個(gè)點(diǎn)，按同樣的方法建立點(diǎn)（0.4,0,0）。然后單擊Geometry Edge Create Straight Edge，在Create Straight Edge面板中選擇點(diǎn)1與點(diǎn)2，連接這兩點(diǎn)省成線段。如圖3.2.2圖3.2.23）

2、單擊Edge面板中的Move/Copy Edges按鈕，打開如圖3.2.3的面板，選擇線段1，單擊copy按鈕，并選擇Operation為Rotate，在Angle欄輸入60，其他保持默認(rèn)，單擊Apply按鈕。即旋轉(zhuǎn)復(fù)制生成第二條線段。 圖3.2.3 4）剩下的一條線段只需連接右側(cè)兩點(diǎn)即可，如圖3.2.4所示。圖3.2.45）創(chuàng)建三角形面。單擊Geometry Face Create Face from Wireframe，在Create Face from Wireframe面板中利用Shift+鼠標(biāo)左鍵框選等邊三角形的三條邊，然后單擊Apply按鈕創(chuàng)建面。 6）由于三角形面域的位置不對(duì)，所

3、以還要對(duì)其位置進(jìn)行調(diào)整。首先需將其旋轉(zhuǎn)210度。單擊Face面板中的Move/Copy Faces按鈕，在Move/Copy Faces面板中，選擇面1（face.1），單擊Move并選擇Operation為Rotate，在Angle欄輸入210，其他保持默認(rèn)，單擊Apply按鈕。其次，需要將三角形平移，在Move/Copy Edges面板中選擇面1（face.1），單擊Move并選擇Operation為Translate，在x與y欄分別輸入3和8.4，單擊Apply按鈕完成平移操作，此時(shí)的視圖窗口如圖3.2.5所示。圖3.2.57）建立矩形面域。單擊Geometry Face Create

4、Real Rectangular Face，打開對(duì)話框如圖3.2.6，在Create Real Rectangular Face面板的Width文本框和Height文板塊中輸入數(shù)值10，并選擇Direction為+X+Y（表示以坐標(biāo)原點(diǎn)為矩形在左下角進(jìn)行繪制），單擊Apply按鈕生成矩形面。圖3.2.68）至此，還需要繪制包裹三角形的外圍區(qū)域。點(diǎn)擊Geometry Face Move/Copy Faces在Move/Copy Faces面板中選擇三角形面，單擊Copy按鈕，并選擇Operation為Scale，設(shè)置Factor為1.5，其余保持默認(rèn)設(shè)置，單擊Apply按鈕，生成了一個(gè)放大的三角

5、形面域，然后將這個(gè)新生成的面域移動(dòng)至合適位置，即在Move/Copy Faces面板中選擇face.3，單擊Move并選擇Operation為Translate，在x與y欄分別輸入-1.45和-4.1，單擊Apply按鈕，此時(shí)的兩個(gè)三角形位置如圖3.2.7所示。圖3.2.79）對(duì)面域進(jìn)行布爾運(yùn)算操作。單擊Geometry Face Subtract Face，打開對(duì)話框如圖3.2.8，在第一行Face文本框中選取矩形面，第二行Face文本框中選擇面3,（放大的三角形），并選擇Remain(保留面3)，單擊Apply按鈕，完成布爾操作。圖3.2.810）此時(shí)，大三角形的3條邊都含有重合的邊，可使

6、用Edge面板中的Connect Edges按鈕重合為一條。11）將兩三角形對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)相連，單擊Geometry Edge Create Straight Edge，頂點(diǎn)連接之后，單擊Geometry Face Create Face from Wireframe，將兩三角形的空隙處建立成三個(gè)梯形面域，如圖3.2.9所示。圖3.2.912）到這一步，大小三角形面域都已經(jīng)不再需要，單擊Geometry Face Delete Faces，選擇face.1和face.3，單擊Apply按鈕刪除，只保留face.2、face.4、face.5、face.6。3.1.2計(jì)算網(wǎng)格的劃分1）首先對(duì)三個(gè)梯形

7、面域face.4、face.5、face.6進(jìn)行網(wǎng)格劃分。單擊Mesh Edge Mesh Edges，打開Mesh Edges面板，如圖3.2.10，在面板中選取大三角的三條邊，運(yùn)用Intervalsize劃分方法，并在左側(cè)輸入0.05。 圖3.2.10單擊Apply按鈕，生成3.2.11所示的線網(wǎng)格。圖3.2.112）然后對(duì)連接兩個(gè)三角形的3條邊進(jìn)行劃分，在Mesh Edge面板中相關(guān)操作，在Edges中選擇兩三角形頂點(diǎn)的三條連線。選擇完后設(shè)置Ratio為0.9，以Interval count的方式進(jìn)行劃分，并在左側(cè)輸入10，即劃分為10個(gè)間隔，單擊Apply按鈕生成這三條邊的線網(wǎng)格，如圖

8、3.2.12所示。圖3.2.123）梯形面的線網(wǎng)格劃分好后，進(jìn)行梯形面的面網(wǎng)格劃分，單擊Mesh Face Mesh Faces，打開Mesh Faces面板，選中這三個(gè)面，運(yùn)用Quad單元和Map方法對(duì)該面進(jìn)行面網(wǎng)格劃分，其他保持默認(rèn)值，單擊Apply按鈕即可，其生成的網(wǎng)格如圖3.2.13所示。圖3.2.13 梯形面域的網(wǎng)格劃分4）外圍計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格劃分。首先對(duì)矩形區(qū)域的四條邊進(jìn)行線網(wǎng)格劃分，單擊Mesh Edge Mesh Edges，在Edges中選取矩形的四條邊，運(yùn)用Interval size的劃分方法，并在左側(cè)輸入0.1，單擊Apply按鈕，生成如圖3.2.14所示的線網(wǎng)格。圖3.2

9、.145）單擊Mesh Face Mesh Faces ，在Mesh Faces面板中選取大矩形面，運(yùn)用Tri單元與Pave方法對(duì)該面進(jìn)行面網(wǎng)格劃分，其他設(shè)置保持默認(rèn)，單擊Apply按鈕，生成的網(wǎng)格如圖3.2.15所示。圖3.2.153.2.3 定義邊界和區(qū)域1）單擊Zones Specify Boundary Types，在Specify Boundary Types面板中選擇小三角形的三條邊定義為壁面條件（WALL），命名為Dong-wall；選擇矩形區(qū)域的左右和下邊界，類型為WALL，命名為w-w；矩形的上邊界，類型為PRESSURE_OUTLET，命名為p-out。如圖3.2.16所示

10、。圖3.2.162）劃分靜區(qū)域和動(dòng)區(qū)域，單擊Zones Specify Continuum Types，在Specify Continuum Types面板中選擇梯形面域face.4、face.5、face.6，類型為FLUID,命名為dong；將外圍計(jì)算區(qū)域也定義為FLUID,命名為jing。如圖3.2.17所示。圖3.2.173）執(zhí)行File Export Mesh命令，輸出網(wǎng)格文件，在文件名中輸入shitiluoshui.mesh，并選擇Export 2-D(X-Y)Mesh，確定輸出的為二維模型網(wǎng)格文件。如圖3.2.18所示。 圖3.2.15輸出二維網(wǎng)格文件 自此，在GAMBIT軟件中

11、，模型建立完畢，網(wǎng)格劃分成功，邊界定義之后，就可以生成Fluent軟件進(jìn)行仿真計(jì)算需要用的相關(guān)文件，為導(dǎo)入Fluent計(jì)算左做準(zhǔn)備。GAMBIT中總共生成五個(gè)文件：mesh文件、jou文件、lok文件、trn文件。 3.3 利用Fluent軟件進(jìn)行小球如水?dāng)?shù)值仿真計(jì)算 求解計(jì)算的操作步驟如下：1） 啟動(dòng)Fluent軟件。雙擊fluent6.3圖標(biāo)，彈出fluent version對(duì)話框，選擇2d（二維單精度）計(jì)算器，單擊Run按鈕啟動(dòng)軟件。如圖3.3.1所示。圖3.3.12）讀入網(wǎng)格文件。執(zhí)行File Read Case命令，讀入劃分好的網(wǎng)格文件shitiluoshui.msh，找到文件后，單

12、擊OK按鈕確認(rèn)3）檢查網(wǎng)格。執(zhí)行Grid Check命令，網(wǎng)格讀入后，一定要進(jìn)行網(wǎng)格檢查。（注意最小體積一定不能為負(fù)值）4）網(wǎng)格比例設(shè)置。執(zhí)行Grid Scale命令，彈出Scale Grid對(duì)話框，由于在GAMBIT中是按照m為單位1:1建立的幾何模型，所以不需要重新定義網(wǎng)格的尺寸，直接單擊Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框即可。 5）選擇計(jì)算模型，設(shè)置求解器。執(zhí)行Define Models Solver命令，彈出的Solver對(duì)話框，在Time中選擇Unsteady，其他保持默認(rèn)值，單擊OK按鈕。6）選擇多相流模型。執(zhí)行Define Models Multiphase.命令，在彈出的Multipha

13、se Model對(duì)話框中選擇VOF模型，其他保持默認(rèn)值。7）定義流體材料性質(zhì)。執(zhí)行Define Material命令。從Fluent6.3自帶的材料數(shù)據(jù)庫中調(diào)用water-liquidh2o，順序單擊Copy，Change/Create和Close按鈕，完成材料的定義，如圖3.3.3所示。圖3.3.3 材料設(shè)置對(duì)話框8）定義基本相和第二相。執(zhí)行Define Phases命令，在Phase列表框中選擇Phase-1，定義為air，并在Name文本框中輸入air代替原來的phase-1，選擇Phase-2，定義為water-liquid，并在Name文本框中輸入water代替原來的phase-2，

14、單擊OK按鈕。9）設(shè)置操作環(huán)境。執(zhí)行Define Operating Conditions命令，打開Operating Conditions對(duì)話框，如圖3.3.4所示，選中Gravity，指定重力方向?yàn)閅軸，在Ym/s2右側(cè)輸入-9.81，即重力方向指向底部。同時(shí)選擇Specified Operating Density選項(xiàng)，保持Operating Densitykg/m3為1.225，單擊OK按鍵確認(rèn)。圖3.3.410）設(shè)置邊界條件。執(zhí)行Define Boundary Conditions命令，彈出Boundary Conditions對(duì)話框。定義p-out（壓力出口邊界），單擊set按鈕，

15、彈出如圖3.3.5所示的對(duì)話框，保持相對(duì)壓力值Gauge Pressure為0，單擊OK按鈕?；氐紹oundary Conditions 對(duì)話框，選擇phase為Water，再單擊set按鈕，在Pressure Outlet對(duì)話框中的Backflow Volume Fraction中輸入0.圖3.2.511）設(shè)置網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)。激活動(dòng)網(wǎng)格并說明相關(guān)參數(shù)。執(zhí)行Define Dynamic Mesh Parameters命令，在彈出的Dynamic Mesh Parameters對(duì)話框中勾選Dynamic Mesh 復(fù)選框，對(duì)話框自動(dòng)展開如圖3.3.6所示，在Smoothing選項(xiàng)卡輸入圖示參數(shù)，圖3.

16、3.6勾選Remeshing，選中Size Function和Must Improve Skewness，在展開的對(duì)話框中，單擊Mesh Scale Info，根據(jù)其中的參數(shù)，按照?qǐng)D3.3.7所示的相對(duì)較小的參數(shù)輸入，單擊OK按鈕。圖3.3.7 參數(shù)設(shè)定12）將下列信息用txt的格式輸出保存，用于本題中的邊界函數(shù)。13）執(zhí)行Define Profiles命令，彈出Boundary Profiles對(duì)話框，如圖3.3.8所示。單擊Read按鈕，導(dǎo)出上部的txt文件，單擊Close按鈕。圖3.3.8 Boundary Profiles對(duì)話框14）說明實(shí)體運(yùn)動(dòng)的流體區(qū)域。執(zhí)行Define Dynam

17、ic Mesh Zone命令，彈出如圖3.3.9所示對(duì)話框，在Zone Names下拉列表框中選擇dong-w，設(shè)置Type選框?yàn)镽igid Body，選擇Meshing Options標(biāo)簽，將其中的Cell Height文本框設(shè)置為0.05，單擊Create按鈕。然后選擇Zone Names下拉列表框中的dong，進(jìn)行與dong-w相同的設(shè)置，單擊Close按鈕。圖3.3.9 Dynamic Mesh Zones 對(duì)話框15）設(shè)置求解參數(shù)。執(zhí)行Solve Controls Solution命令，彈出Controls Solution對(duì)話框，將Discretization項(xiàng)的Pressure設(shè)

18、置為PRESTO!,Volume Fraction設(shè)置為Geo-Reconstruct，其他保持默認(rèn)選項(xiàng)即可，如圖3.3.10所示，單擊OK按鈕。圖3.3.10 求解參數(shù)設(shè)置16）對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行初始化。執(zhí)行Solve Initialize Initialize命令，在彈出的Solution Initialization對(duì)話框中選擇all-zones，對(duì)全區(qū)域初始化，順序單擊Init、Apply、Close按鈕。如圖3.3.11所示。 圖3.3.1117）補(bǔ)充初始區(qū)域的定義。執(zhí)行adapt Region命令，彈出Region Adaption對(duì)話框，如圖3.3.12所示。設(shè)置X Min為0，X Ma

19、x為10，Y Min為0，Y Max為5，然后單擊Mark按鈕，即完成水底區(qū)域的設(shè)置。圖3.3.12 18）對(duì)水底部分區(qū)域進(jìn)行初始化定義。執(zhí)行Solve Initialize Patch命令，選擇Phase下拉列表框?yàn)閣ater，選擇Registers to Patch列表框中的hexahedron r0，選中Volume Fraction，在Value文本框中輸入1，如圖3.3.13所示。最后單擊Patch完成定義。圖3.3.13 Patch對(duì)話框19）此時(shí)，可以檢查一下底部是否有水的存在，執(zhí)行Display Contours命令，選擇Contours of為Phase和Volume fra

20、ction，選擇Phase為air，勾選Options欄中的Filled選項(xiàng)，單擊Display按鈕，彈出如圖3.2.14所示的視圖窗口，圖中顯示了初始時(shí)刻的空氣體積分?jǐn)?shù)云圖，紅色區(qū)域?yàn)榭諝?，藍(lán)色區(qū)域?yàn)樗D3.3.14 初始時(shí)刻的空氣體積分?jǐn)?shù)云圖20）打開殘差圖，執(zhí)行Solve Monitors Residual命令，在彈出的對(duì)話框中選擇Option下面的Plot，以打開殘差曲線圖。對(duì)話框下方的Criteria欄中可以輸入各參數(shù)的收斂精度要求，F(xiàn)LUENT默認(rèn)為0.001，本例保持默認(rèn)，單擊OK按鈕。21）設(shè)置動(dòng)畫相關(guān)參數(shù)，執(zhí)行執(zhí)行Solve Animate Define命令，彈出Solut

21、ion Animation對(duì)話框，按照?qǐng)D3.3.15所示設(shè)置參數(shù)。圖3.3.15 動(dòng)畫個(gè)數(shù)設(shè)置22）接著對(duì)動(dòng)畫進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，單擊圖3.3.15中的Define按鈕，彈出Animation Sequence對(duì)話框，選擇Metafile，并在Window微調(diào)框中輸入1，通過右側(cè)Set按鈕使對(duì)應(yīng)的id窗口生效，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)空白的圖形窗口。在Display Type選項(xiàng)組中選擇Contours，這時(shí)自動(dòng)彈出Contours對(duì)話框，如圖3.3.16所示，圖3.3.16選擇Contours of下拉列表框中的phase和Volume fraction，勾選Filled，單擊Display按鈕，即出現(xiàn)初始時(shí)刻的空氣體積分?jǐn)?shù)云圖，參見圖3.3.14所示。單擊Close按鈕，關(guān)閉Contours對(duì)話框，回到Animation Sequence對(duì)話框中單擊OK按鈕。23