【FLUENT案例】03：沖蝕

1 引子
2 問題描述
3 模型准備
4網格
5模型設置
6 材料設置
7 設定注入器
8 修改材料
9 Cell zone Conditions設置
10 邊界條件設置
10.1 inlet入口設置
10.2 出口設置
10.3 壁面邊界設置
11 初始化及計算
12 查看粒子追蹤
13 查看壁面沖蝕

1 引子

本案例的目的在於演示如何使用FLUENT軟件模擬計算3D彎頭中的沖蝕現象。沖蝕現象在工程應用中是一種非常普遍的現象。
本案例主要展示以下內容：

• 使用沖蝕模型分析3D彎頭中的沖蝕現象
• 使用離散相模型
• 使用合適的求解參數求解案例
• 計算后處理

2 問題描述

本案例的幾何模型如下圖所示。該模型由兩個90°彎頭及連接管道構成，介質水從inlet口進入，從outlet口流出。

• 水流入速度10m/s，出口假設為outflow邊界，在求解過程中考慮湍流、等溫及穩態條件。
• 密度1500kg/m3的顆粒從入口以初速度10m/s進入管道，顆粒直徑為200微米，質量流量1kg/s
• 顆粒在壁面上的法向及切向反彈系數定義為顆粒沖擊角的多項式函數。在建立沖蝕模型時，沖擊角函數被用於定義管道壁面的塑性沖蝕（不同的沖擊角造成的管道壁面的損傷不同）
• 本例中，顆粒的粒徑函數定義為常數 1.8×10−9 $1.8\times {10}^{-9}$，速度指數定義為常數2.6，這些參數來自於公開的文獻。

3 模型准備

本案例采用已有的網格模型。
以3D模式啟動FLUENT。

4網格

• 讀入網格文件3d-elbow.msh
• 利用Scale檢查網格尺度並縮放網格
• 利用Check按鈕檢查網格及網格質量
• 選擇所有邊界面，顯示計算網格，如下圖所示。
  

5模型設置

• 添加Realizable k-epsilon湍流模型
• 雙擊模型樹節點Models > Discrete Phase(Off)，彈出如下圖所示對話框。
• 設置激活Interaction with Continuous Phase
• 設置Number of Continuous Phase Interactions per DPM Iteration為5
• 設置Max. Number of Steps參數值為10000
  
• 進入Physical Models標簽頁，選擇激活Erosion/Accretion選項，如下圖所示
  

6 材料設置

從材料數據庫中添加液態水water-liquid(h2o )

7 設定注入器

• 雙擊模型樹節點Models > Discrete Phase > Injections打開注入器定義對話框
  
• 點擊對話框上按鈕Create創建注入器，彈出創建對話框，如下圖所示
• 在Point Properties標簽頁下
  • 設置Injection Type為Surface
  • 設置Release From Surface為inlet
  • 設置z-velocity為10
  • 設置Diameter為0.0002
  • 設置Total Flow Rate為1
    
• 進入Turbulent Dispersion標簽頁下，激活Discrete Random Walk Model，設置Number of Tries參數為10，點擊OK按鈕關閉對話框
  

8 修改材料

修改顆粒材料anthracite，修改其名稱為sand，密度修改為1500，如下圖所示。點擊Change/Create按鈕確認更改。關閉對話框。

9 Cell zone Conditions設置

將計算區域介質設置為液態水。如下圖所示。

10 邊界條件設置

邊界條件中需要設置進出口及壁面邊界條件。

10.1 inlet入口設置

• 入口設置如下圖所示
  

10.2 出口設置

• 設置出口邊界outlet的邊界類型為outflow。
  

  本案例采用17.0版本演示，改變邊界類型的方式與早期版本有些許不同，這里使用右鍵點擊邊界，選擇Type，然后更改類型

10.3 壁面邊界設置

本例的壁面邊界wall中主要需要設置DPM標簽頁下的內容，如下圖所示。

需要設置圖中五個位置的內容：

• Normal：法向反彈系數
  本案例定義法向反彈系數為：
  
  εN=0.993−0.0307α+4.75×10−4α2−2.61×10−6α3 $${\epsilon }_N=0.993-0.0307\alpha +4.75\times {10}^{-4}{\alpha }^2-2.61\times {10}^{-6}{\alpha }^3$$
  
  定義方式如下圖所示：
  
• Tangent：切向反彈系數
  本案例定義切向反彈系數為：
  
  εT=0.998−0.029α+6.43×10−4α2−3.56×10−6α3 $${\epsilon }_T=0.998-0.029\alpha +6.43\times {10}^{-4}{\alpha }^2-3.56\times {10}^{-6}{\alpha }^3$$
  
  采用下圖所示方式進行定義：
  
• Impact Angle Function：沖擊角函數。沖擊角函數采用分段線性方式進行定義，數據如表所示。

Point	Angle	Value
1	0	0
2	20	0.8
3	30	1
4	45	0.5
5	90	0.4

采用下圖方式進行定義：

• Diameter Function：粒徑函數，本案例取1.8e-9
• Velocity Exponent Function：速度指數函數，本案例取2.6，如下圖所示。
  

11 初始化及計算

12 查看粒子追蹤

13 查看壁面沖蝕

來自為知筆記(Wiz)

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