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
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。
一．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。
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1-17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。
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。
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。
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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