应用VOF模拟水下射流实例..doc

学习应用VOF模拟水下射流 模型介绍： 模拟气体通过管道喷入水中的过程。图1中黑色为管道，红色网格区域主体为水，只有上层少部分区域为空气。图中未标出空气进口的位置，其位于黑色管的左端面。 图1 图2 图2中红色网格包围的区域即为图1中红色区域中介质为空气的部分。建立该区域是了解空气经过管道排出后，上浮到水面时气水介质交界面的压力变化情况。该红色网格被定义为pressure_outlet1。图2中的两个体中air的volume fraction 被Patch为1。其他体中的air的volume fraction 被Patch为0。 Patch的步骤为：（1）在solution initialization对话框中的compute from下选择all-zones，然后点击initiate、apply、close；（2）进入patch对话框，将图2中的两个体中air的volume fraction 被Patch为1，其他体中的air的volume fraction 被Patch为0。这是我第一次patch，不知道对不对？ 图3 图3中所示的红色网格被定义为Pressure_outlet2。 图4 图4中所示的红色网格被定义为Pressure_outlet3。 图5 图5中所示的红色网格被定义为Pressure_outlet4。 图6 图6中包含了计算区域尺寸以及网格有关信息。 边界条件设定： Pressure_inlet： 压力大小Pin=132290Pa。 考虑到使用的是k-epsilon湍流模型，根据Fluent帮助文件，在湍流参数设置时，选择Turbulent Kinetic Energy (k) 和 Turbulent Dissipation Rate (epsilon). 由于管进口处压力pin=132290Pa，管子出口处压力（水深1.4米处）pout=115045Pa，则排气管口处，假设水被气体推开时的速度为v水，则1/2*ρ水*v水2=pin- pout，从而可求得v水=5.878m/s。将管中空气的速度视为等于v水，又管道直径为30mm，从而求得管内气体雷诺数为Re=12072，k=0.12657，epsilon=3.3584，并将k和epsilon的值设置到Pressure_inlet对话框中。如图7所示。 不知道将supersonic/initial gauge pressure设为pout=115045Pa是否正确？求解管内空气流速的方法是否正确？ 图7 并将空气相的体积比设为1。如图8所示。 图8 Pressure_outlet1： 因为pressure_outlet1都是与空气接触，所以压力设定为一个标准大气压力P1=101325Pa。 pressure_outlet1所包围的体是空气介质，通过Patch定义该体中air的volume fraction为1。但是关于湍流参数k和epsilon值该设定为多大，本人不懂。一是我没有经验，二是想通过公式计算又不知道所需参数值大小。所以暂时设定为默认值，即k=1，epsilon=1。如图9所示。 图9 并将空气相的回流体积比设为0（不知道对不对？）。如图10所示。 图10 Pressure_outlet2： 设定为一个标准大气压力+水深产生的压力，即P2=101325-ρ水*g*z，式中为重力加速度；为出口的坐标值。 在FLUENT中使用UDF来设定该边界条件。如图11所示。 图11 UDF程序为： #include udf.h DEFINE_PROFILE(prsout01,thread,position) { real x[ND_ND]; real z; cell_t f; begin_f_loop(f, thread) { F_CENTROID(x,f,thread); z=x[2]; F_PROFILE(f,thread,position) =101325-1000*9.8*z; } end_f_loop(f, thread) } 同时，将并将空气相的回流体积比设为0（不知道对不对？）。如图12所示。 图12 Pressure_outlet3： 设定为一个标准大气压力+水深（3米）产生的压力，即P3=101325-1000*9.8*（-3）=130725Pa。不知道如何设置湍流参数k和epsilon值。所以暂时设定为默认值，即k=1，epsilon=1。如图13所示。 图13 同时，将并将空气相的回流体积比设为0（不知道对不对？）。如图14所示。 图14 Pressure_outlet4： 与Pressure