本次使用的是滑移網格,動網格實現以后再討論。要實現的運動如下圖所示。

杯子中裝滿水,現在以速度1rad/s延續1s鐘使杯子傾斜1rad,觀察5s鐘內水的變化情況。

本例可以用滑移網格或動網格實現,但是使用滑移網格能夠保持較好的網格質量。本例使用滑移網格。

FLUENT中的滑移網格可以最大限度的代替動網格,尤其對于一些分界面確定的計算模型。滑移網格可以用于瞬態模擬中(其它如MRF,SRF,MP則很少用于瞬態模擬中)。

本例涉及到的內容包括:

(1)分界面幾何模型的建立。涉及到多幾何體的創建。在workbench的DM模塊中很容易解決此類問題。但是如果要在ICEM CFD中創建網格的話,則需要進行一些特別的處理。主要是各部分模型網格的組裝問題。

(2)區域運動的指定。在本例中主要是指定運動區域的旋轉速度。需要注意的是旋轉中心與旋轉方向的設定。

(3)多相流的使用。本例中使用的是VOF模型。

1、幾何模型

本例的幾何模型如下圖所示。尺寸是隨便定的。

如圖所示,計算模型分為三個區域,1、2、3分別對應名稱為braket、zone與cup,如前所述,區域zone與cup為運動區域,運動方式用UDF進行定義。

2、邊界類型

一共有兩對interface,分別位于zone區域與cup區域,zone區域與braket區域。如下圖所示。braket區域的左側、右側及下方邊界均為wall類型,上方邊界為pressure_outlet類型,內部邊界為interface類型。cup區域左、右、下側邊界為wall類型,上方邊界為interface類型。在mesh interface中設置interface對,一共是兩對。

最終組合后的網格如下圖所示。

3、求解參數設置

導入模型后,在scale面板中進行必要的scale操作以使模型尺度滿足要求。在general面板中設置使用瞬態模擬,并設置重力加速度。選擇RNG K-Epsilon湍流模型。設置多相流模型為VOF模型,如右下圖所示。

4、添加材料

在材料數據庫中添加水至當前材料中。設置空氣為主相,水為第二相。VOF中主相與第二相的設置并沒太多的限制,但是一般將需進行patch的相設置為第二相,或者將含量較少的相設置為第二相。當然沒有明確的規定。設置水-空氣的表面張力系數為0.07。

5、區域運動UDF

這里使用宏DEFINE_TRANSIENT_PROFILE宏,設置當時間小于1s時,旋轉速度1rad/s,其它時間保持靜止。編譯此UDF文件。代碼如下:

#include "udf.h"
DEFINE_TRANSIENT_PROFILE(rotation_rate_ramp,time)
{
real rotation_rate = 0;
if(time <= 1)
{
rotation_rate = 1.0;
}else
{
rotation_rate = 0.0;
}
return rotation_rate;
}

6、區域設置

主要設置區域cup與zone的運動。FLUENT中區域默認為靜止。以區域cup為例,設置運動如下圖所示:

zone區域設置與此完全相同。

7、邊界條件

需要特別說明的是,屬于某區域的wall需要設置相對速度,與區域的相對速度為0。主要是針對區域cup與zone。

設置braket區域中的pressure_outlet邊界靜壓為0,并設定湍流條件。

8、求解器控制參數

采用默認。

9、初始化

選擇all zone進行初始化。patch區域cup的第二相(水)體積分數為1。如下圖所示。

10、設置迭代進行計算

設置時間步長0.1s,時間步數50步進行迭代。如下圖所示。

11、計算結果

如本篇開始所示。

——流沙