旋风分离器的建模及fluent模拟.docx
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旋风分离器的建模及fluent模拟
Gambit建模部分
本次模拟为一旋风分离器,具体设置尺寸见建模过程,用空气作为材料模拟流场。
为方便图形截取,开始先设置界面为白色窗体,依次点击“Edit”,“Defaults”,“GRAPHICS”,选择“WINDOWS_BACKGROUND_COLOR”设置为“White”,点击Modify。
关闭对话框。
1.利用Gambit建立几何模型
1.双击打开Gambit2.4.6,
2.先创建椭圆柱
依次点击“Operation”下的“Geometry”创建体“Volume”,点击“CreateRealFrustum”,输入数据基于Z轴正方向创建“height475;radius136.25;radius395”,点击Apply,生产椭圆柱体。
如图1-1,图1-2。
图1-2椭圆柱生成图
图1-1椭圆柱设置对话框
3.创建圆柱体
再次利用创建椭圆柱按钮,输入数据基于Z轴正方向创建“height285;radius195;radius395”,点击Apply。
移动刚刚创建的圆柱体,依次点击“Geometry”,“Volume”,点击“Move/copy”,选择刚刚创建的圆柱体,点击“Move——>Translate”,输入移动的数据“X=0,Y=0,Z=475”,并选择ConnectedGeometry,点击Apply。
如图1-3,1-4所示。
图1-5生成小圆柱体
图1-4圆柱体生成图
图1-3圆柱体移动设置对话框
同样的方法创建小圆柱体,输入数据基于Z轴正方向创建“height150;radius132;radius332”,点击Apply。
同样的方式移动小圆柱体,点击“Move——>Translate”,输入移动的数据“X=0,Y=0,Z=665”,不选择ConnectedGeometry,点击Apply。
如图1-5,图1-6,图1-7所示。
图1-8实体图
图1-7小圆柱体移动生成图
图1-6小圆柱体移动命令对话框
显示实体图,如图1-8。
4.将小圆柱体进行分割,分成上下两个圆柱面,点击“SplitVolume”,选择被分割的圆柱体Volume2,选择下部组合体为分割体,点击“Bidirectional和connected”,点击Apply。
删除Volume3。
如图1-9,图1-10所示。
图1-10生成实体图
图1-9实体分割命令对话框
5.创建旋风分离器进风口,点击依次点击“Geometry”,“Volume”,“createrealbrick”,基于中心,输入数据“width140,depth38,height95”,点击Apply。
如图1-11,图1-12所示。
移动矩形风口,依次点击“Geometry”,“Volume”,“Move/copyVolumes”,选择“Move——>Translate”,输入“X=70,Y=-76,Z=712.5”,点击Apply。
如图1-13所示。
将矩形与旋风分离器体使用布尔运算合为一体,依次点击“Geometry”,“Volume”,“UniteRealVolume”。
图1-13移动长方体图
图1-12生成长方体图
图1-11创建长方体命令对话框
6.创建分割圆柱体,基于Z轴正方向,输入圆柱体尺寸“height1000,radius195,radius395”,点击Apply。
如图1-14所示。
分割旋风分离器主体,点击“Geometry”,“Volume”,“SplitVolume”,选择被分割体旋风分离器主体,选择分割体刚刚创建的大圆柱体,选择连接“connected”,点击Apply。
则旋风分离器上部进风口与本体分成相连的两部分。
图1-14创建分割体图
图1-15创建分割面图
图1-16分割命令对话框
7.
创建矩形分割面。
直接点击“Geometry”,“face”,“createRealRectangularFace”,基于Z轴正方向,输入矩形面尺寸“Width400,Height400”,点击Apply。
移动刚刚生成的面,点击“Geometry”,“face”,“Move/CopyFace”,选择“Move——>Translate”,输入“X=0,Y=0,Z=665”,点击Apply。
如图1-15所示。
利用刚刚生成的分割面分割旋风分离器柱体上半部分。
点击“Geometry”,“Volume”,“SplitVolume”,选择被分割体,选择刚刚建立的分割面,点击Apply。
如图1-16。
至此生成了几何模型。
如图1-17所示
。
图1-17实体模型
二.划分实体网格
1.划分进风口位置网格。
依次单击Operation下的“Mesh”,“Volume”,“MeshVolume”,选择Volume1,选择元素“Hex/Wedge”,类型“Cooper”,选择源面“Face18,Face19”,选择Spacing网格个数“Intervalcount20”。
生成如图2-1所示。
2.划分出上部出风口柱体网格。
在上面操作基础上,选择Volume1,选择元素“Hex/Wedge”,类型“Cooper”,选择源面“Face7,Face9”,选择Spacing网格个数“Intervalcount30”。
生成如图2-1,图2-2所示。
图2-1划分网格对话框
图2-2生成实体网格
3.划分旋风分离器上部柱体网格。
在以上操作基础上,选择Volume7,选择元素“Hex/Wedge”,类型“Cooper”,选择源面“Face23,Face25”,选择Spacing网格个数“Intervalcount40”。
生成如图2-3,图2-4所示。
图2-3划分网格对话框
图2-4生成实体网格图
4.划分旋风分离器下部圆柱柱体及圆台网格。
在以上操作基础上,选择Volume5,选择元素“Hex/Wedge”,类型“Cooper”,选择源面“Face1,Face25,Face11”,选择Spacing网格个数“Intervalcount40”。
生成如图2-5,图2-6所示。
图2-6生成实体网格图
图2-5划分网格对话框
5.网格检查,依次点击“Examinemesh”,“Range”,“3DElement”,滑动水平滚动条检查网格质量。
三.定义边界
1.定义速度入口边界。
依次单击“ZoneCommandButton”,“SpecifyBoundaryTypes”,选择“Add”,输入Name“velocity_inlet.1”,选择速度入口,选择进口面,点击Apply,成功定义速度入口面。
如图3-1所示。
2.定义出口边界。
同样的方法,依次单击“ZoneCommandButton”,“SpecifyBoundaryTypes”,选择“Add”,输入Name“outflow.2”,选择OUTFLOW,选择出面,点击Apply,成功定义出口面。
如图3-2所示。
3.定义交界面。
同样的方法,定义位于旋风分离器内部小圆柱面的下圆面为INTERFACE面。
如图3-3所示。
保存文件,点击“File”,“Save”。
输出网格,点击“File”,“Export”,“mesh”,不选择“Export2-D(X-Y)”,输入文件名“cyclone”,点击“Accept”,则在默认保存位置生成一个cyclone.msh文件。
至此完成Gambit建模。
图3-3设置交界面对话框
图3-2设置出口边界对话框
图3-1设置入口边界对话框
Fluent模拟部分
一.网格处理
1.双击打开Fluent6.3.26。
选择三维单精度求解器,单击“Run”,打开操作界面。
如图1-1。
2.读入网格,依次单击“File”,“Read”,“Case”,选择之前建立的cyclone.msh文件。
3.检查网格,依次点击“Grid”,“Check”,留意到最小网格为正,无负体积。
如图1-2。
图1-2网格检查部分内容图
图1-1初始打开界面
4.设置计算区域尺寸,依次单击“Grid”,“Scale”,选择“GridWasCreatedIn”为“mm”,单击“Scale”变换尺寸,完成计算域尺寸设置。
再次检查网格,提示需要设置“Interface”面。
5.单击“display”,“Grid”可以查看网格。
二.选择计算模型
1.定义基本求解器。
依次点击“Define”,“Models”,“Solver”。
保持原有默认设置,即如图2-1所示。
图2-2定义湍流模型对话框
图2-1定义Slover求解器对话框
2.湍流模型的选择。
依次点击“Define”,“Models”,“Viscous”。
打开“ViscousModel”对话框,选择“k-epsilon(2eqn)”,在展开的“k-epsilonModel”中选择“RNG”,在“RNGOption”中选择旋流占优“SwirlDominatedFlow”,其他保持默认。
单击OK,关闭此对话框。
相关设置如图2-2所示。
三.定义流体物理属性
假设工作流体为空气。
依次点击“Define”,“Material”,保持默认设置不变。
如图3-1所示。
四.操作环境设置
依次点击“Define”,“OperatingConditions”,打开OperatingConditions对话框,不考虑重力影响,保持所有默认设置不变,单击OK,并关闭对话框。
如图4-1所示。
图4-1定义环境量求解器对话框
图3-1定义材料对话框
五.定义边界条件
依次点击“Define”,“BoundaryConditions”,打开BoundaryConditions对话框。
依次设置边界条件如下。
设置速度入口velocity_inlet.1。
点击边界velocity_inlet.1,单击“Set”,弹出边界条件设置对话框。
设置速度大小“VelocityMagnitude”为30,设置湍流强度和水力直径“IntensityandHydraulicDiameter”分别为10%,0.0543。
其他边界条件保持默认。
如图5-1所示。
图6-1定义交界面对话框
图5-1定义速度入口对话框
六.Interface交界面的设置
依次点击“Define”,“GridInterface”,打开GridInterface对话框。
在GridInterface下面的文本框中输入所有设置的交界面的名称为“TempA”,然后在InterfaceZone1下面的列表中选择interface.3,同样在InterfaceZone2下面的列表中选择interface.4,单击Create图标,即创建了一个名为TempA的交界面。
如图6-1所示。
七.求解设置
1.设置求解控制参数。
依次点击“Solve”,“Controls”,“Solution”打开求解器参数对话框,所有设置保持默认,单击OK,关闭对话框。
如图7-1所示。
2.初始化。
依次点击“Solve”,“Initialize”,“Initialize”,打开对话框,完成初始化操作。
3.打开残差图。
依次点击“Solve”,“Monitors”,“Residual”,打开对话框,选中“Plot”,重新设置残差收敛标准为1e-6,点击OK,关闭对话框。
如图7-2所示。
图7-2残差监视器对话框
图7-1求解控制参数对话框
4.保存文件。
依次点击“File”,“Write”,“CaseandDate”。
5.进行迭代计算。
设置迭代步数4000次。
在计算到1755步时,对话框显示迭代收敛。
如图7-3,图7-4所示。
图7-4残差监视图线
图7-3设置迭代对话框
八.计算结果的处理
1.做三个截面作为后处理的截面。
依次点击“Surface”,“IsoSurface”,打开如图8-1对话框。
在“SurfaceofConstant”中选择Grid,选择“X-coordinate”,设置“Iso-Values”值为0,输入“NewSurfaceName”为“X=0”。
创建一个名为“X=0”的平面。
图8-1创建截面对话框
同样的方式设置基于Z轴的两个截面。
在“SurfaceofConstant”中选择Grid,选择“Z-coordinate”,设置“Iso-Values”值为0.645,输入“NewSurfaceName”为“Z=645”。
创建一个名为“Z=645”的平面。
在“SurfaceofConstant”中选择Grid,选择“Z-coordinate”,设置“Iso-Values”值为0.36,输入“NewSurfaceName”为“Z=360”。
创建一个名为“Z=360”的平面。
2.显示三个截面的矢量图。
依次点击“Display”,“Vectors”。
保持其他“Vectorsof”下的Velocity选择不变,在ColorBy下面的列表中分别选择“Velocity”和“TangentialVelocity”,选择Surfaces下的X=0平面,Scale输入5,点击Display,调整视图,点击“Display”,“Views”,选择左视图“left”显示平面上的速度矢量分布图。
如图8-2,图8-3所示。
图8-2设置显示矢量图对话框
图8-3生成矢量图对话框
同样的方法查看Z平面的速度矢量示意图,将“Display”,“View”视图设置为top。
如图8-4为Z=645截面矢量示意图,如图8-5为Z=360截面矢量示意图。
图8-4Z=645截面矢量图
图8-5Z=360截面矢量图
3.查看压力图。
依次点击“Display”,“Contours”,选择“ContoursOf”“Pressure下的“StaticPressure”,选择X=0,Z=360,Z=645面,点击Display,可以查看不同分割面的静压图或者单选某一截面查看。
如图8-7,图8-8,图8-9,8-10,8-11所示。
图8-7显示压力图对话框
图8-8不同截面静压图
图8-9x=0截面静压图
图8-10Z=360截面静压图
图8-11Z=645截面静压图
4.查看流速分布图。
依次点击“Display”,“Contours”,选择“ContoursOf”“Velocity”下的“velocityMagnitude”,选择X=0,Z=360,Z=645面,点击Display。
如图8-12所示。
图8-12不同截面速度分布图
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- 旋风 分离器 建模 fluent 模拟