comsol流体动力学模型油箱的晃动Word格式文档下载.docx
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由于液体的表面没有约束,该模型为一个不规范的计算问题。
然而,ALE(arbitraryLagrangian-Eulerian)技术可以很好的解决这类问题。
不仅仅是可以方便的在COMSOLMultiphysics中建立移动网格(ALE)应用模式,而且在移动网格求解域边界,它代表了自由的边界条件。
这也允许更加精确的估计边界条件特性,比如曲率,也使得表面张量分析成为可能。
本实例忽略了表面张量的影响。
模型几何、控制方程及边界条件
本模型使用不可压缩Navier-Stokes方程式来描述流体动力特性:
其中
移动网格
为了能够用动网格来跟随模拟运动的流体,必须将移动网格耦合到流体表面的法线上去。
结果是,对于这种自由表面运动,不能将移动网格耦合到流体运动的切线方向。
如果这样做网格会变形过度从而导致问题不再收敛。
自由表面的网格等式边界条件在这种条件下可写为:
(即u*nx+v*ny)
其中n表示边界的法向矢量,
表示网格的移动速度
模型数据
Parameters
Name
Expression
Value
rho
1270[kg/m^3]
nu
1.49[Pa*s]
phi_max
(4*pi/180)[rad]
freq
1[Hz]
g
9.81[m/s^2]
Variables
Unit
phi
phi_max*sin(2*pi*freq*t)
rad
grav_x
g*sin(phi)
grav_y
-g*cos(phi)
分析结果要求:
在t=1s,t=1.2s,t=1.4s,t=1.6s时的速度场分布情况。
重力矢量的倾斜是由油箱的倾斜引起的。
追踪自由液面在X=0.5m处,时间段t∈[0,6s]的波峰高度。
建模过程
1.将所需的材料参数预先写如TXT格式的记事本文档中(包括全局定义参数Parameters,和变量Variables
2.运行COMSO4.2创建模型,选择2D——LaminarFlow(spf)层流和Movingmesh动网格——TimeDependent瞬态——生成
3.进入几何绘图界面,尺寸参数不用改变,长度单位为m,右键单击Geometry——选择Rectangle绘制矩形尺寸如图
4.生成集合,Formaunion
选择右上角BuildSelected键生成
5.定义流体属性
选择FluidProperties1,定义材料物理参数,如图,材料密度rho,材料动力学粘度mu
6.添加滑动边界条件,右键选择LaminarFlow,选择Wall(壁),在几何模型中选择如图所示1、2、4边,在Boundarycondition选项中选择Slip(滑移)
7.添加开边界,右键选择LaminarFlow,选择OpenBoundary,在几何模型中选择3边,其余保持默认设置
8.添加体积力,右键选择LaminarFlow,选择VolumeForce,选中体积力作用区域1(如图几何模型区域),在Volumeforce中输入体积力Fx=rho*grav_xFy=rho*grav_y
9.定义移动网格,添加自由变形区域,右键选择MovingMesh选项,选择FreeDeformation,并选中自由变形区域,几何模型1,如图。
10.定义网格位移,右键选择MovingMesh选项,选择Prescribedmeshdisplacement,在几何模型中选择1、4边,定义x方向的位移为0(将y方向位移前的
去掉)
11.同10步,定义2边的位移,x、y方向的位移都为0
12.定义开边界上的网格移动速度,右键选择MovingMesh选项,选择PrescribedmeshVelocity,在几何模型中选择3边,conditionsystem选项中选择BoundarySystem1(sys1),定义法向速度
Vn=u*nx+v*ny
13.划分网格,选择自由三角形网格,网格质量选择Fine
14.求解器定义,选择Step1:
TimeDependent,按如图所示设置,Times中设置分析时间步及步长range(0,0.1,6)时间从0到6秒,步长为0.1秒;
右键单击Study1,选择ShowDefultSolver
显示默认求解器,点击solverconfigurations——solver1——TimeDependentSolver1,按如图所示设置,Relativetolerance(相对容差)设置为0.001;
选择下面的Advanced(高级),将Erroestimation设置为Excludealgebraic(不包含代数)
15.点击Study1,选择右上角的Compute(计算),开始计算。
16.查看结果
17.绘制一点的速度曲线图
右键单击Result,选择1DPlotGroup,创建一维绘图组
右键单击创建好的1DPlotGroup,点击PointGraph,在几何模型中选择要绘制图形的点,在pointgraph栏中选择要绘制的物理量,如图选择Velocitymagnitude(spf.U),绘制速度曲线图,点击右上角的Plot,完成绘图。
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