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《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： 任课教师： 王冬屏 有自由表面的水流 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) 利用GAMBIT建模： 1、在gambit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 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 设置边界类型 边X=0为压力入口 边Y=0为对称轴 其他为固壁 如图4所示。 图4 边界类型设置 保存rotat.msh文件。 利用FLUENT求解器进行求解 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。 设置求解器 定义轴对称旋转瞬态流动模型。 ①在space项选择轴对称旋转流动（axissymmetric swirl）； ②在time项选择非定常流动（unsteady）； ③在velocity formulation选择绝对速度（absolute）； ④在unsteady formulation项选择一阶隐式算法（1st-order implicit），其它选择默认。 （2）设置vof模型 ①在model项选择vof； ②在vof scheme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。 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。 设置基本相和第二相 空气为基本相，水为第二相。 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 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