ANSYS教学算例集FL蝶阀内流场分析.docx

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ANSYS教学算例集FL蝶阀内流场分析

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1.摘要

阀门是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质的参数（温度、压力和流量）的管路附件。

研究管路内阀门或者其他障碍物的水力损失是一项非常重要的工作，有利于设计者更好的理解损失发生的原因，利用CFD模拟获得结果还可以知道改进阀门/连接头的结构，从而降低对流体机械（如泵、压缩机等）的性能要求和设计生产成本。

本例以蝶阀管路流动为例，用ANSYS19.0软件，对管内流场进行仿真，包括流动材料属性、边界条件、求解和后处理的设置。

计算流场内各物理量的分布，可用于评判阀门水力特性等。

2.案例描述

本例中水流以5m/s的速度流经20mm半径的管路，水流进口为充分发展入口，蝶阀开度为55°，等效沙粒粗糙度为0.2mm。

参考温度为300K，参考压力为1atm。

3.操作步骤

3.1.准备工作

3.1.1.创建工作目录

打开ANSYSCFX仿真软件，将网格文件PipeValveMesh.gtm拷贝至英文文件目录下，更改WorkingDirectory路径至网格文件目录下。

鼠标左键单击CFX-Pre19.0

，进入CFX-Pre界面。

3.1.2.新项目创建

进入CFX-Pre界面，鼠标左键单击【File】>【NewCase】或菜单栏下

，新建case，在弹出的对话框中选取【SimulationType】>【General】，点击【OK】进入到case设置界面中。

3.1.3.导入网格文件

在【File】>【Import】>【Mesh…】,选择【Filesoftype】为【CFXMesh（*gtm*cfx）】，在视图窗口选取网格文件PipeValveMesh.gtm，单击【Open】导入网格。

此时，图形界面中可以查看到导入的网格形态。

3.1.4.保存case文件

选择【File】>【SaveCaseAs】，在【Filename】中写入PipeValve，单击【Save】保存case文件。

3.2.物理模型设置

3.2.1.定义流体材料

3.2.1.1.选择Outline下DefaultDomain，单击鼠标右键，选择Rename，输入PipeValve。

3.2.1.2.双击PipeValve，在BasicSettings标签栏下的Material中，选择Material为Water。

保持【DomainModels】>【Pressure】>【ReferencePressure】栏里值为1[atm]。

3.2.1.3.切换到FluidModels标签栏下，选择【HeatTransfer】>【Option】>【None】。

3.2.1.4.设置【Turbulence】>【Option】为默认选项【k-epsilon】。

3.2.1.5.点击【OK】

3.2.2.定义流场边界

3.2.2.1.定义进口速度剖面分布，点击InsertExpression

，定义以下函数表达式

3.2.2.2.进口边界设置

在Outline下的PipeValve行单击右键，选择【Insert】>【Boundary】选项，在Name栏后填入“Inlet”，点击【OK】。

进入到BasicSettings设置栏中，保持【BoundaryType】>【Inlet】。

选择【Location】>【inlet】。

其余具体设置参数

点击【OK】

3.2.2.3.出口边界设置

重复3.2.2.1操作，在Outline下的PipeValve行单击右键，选择【Insert】>【Boundary】选项，在Name栏后填入“Outlet”，点击【OK】。

进入到BasicSettings设置栏中，保持【BoundaryType】>【Outlet】。

选择【Location】>【outlet】。

其余具体设置参数

3.2.2.4.蝶阀壁面边界条件设置

回到Outline下的PipeValve行单击右键，选择【Insert】>【Boundary】选项，在Name栏后填入“Pipewall”，选择BoundaryType为【Wall】，【Location】为【pipewall】，点击【OK】。

3.2.2.5.对称边界条件设置

回到Outline下的PipeValve行单击右键，选择【Insert】>【Boundary】选项，在Name栏后填入“SymP”，选择BoundaryType为【Symmetry】，【Location】为【symP】，点击【OK】。

3.2.2.6.在Outline下，右击PipeValveDefault，Rename为ValveWall

3.2.3.求解器设定

3.2.3.1.在Outline下双击选择SolverControl

3.2.3.2.设置【ConvergenceControl】>【Max.Iterations】>60

3.2.3.3.设置【ConvergenceControl】>【FluidTimescaleControl】>【TimescaleControl】>【PhysicalTimescale】>2[s]。

3.2.3.4.设置【ConvergenceCriteria】>【ResidualTarget】>1e-05

3.2.3.5.点击【OK】。

3.2.4.初始化设定

3.2.4.1.单击【GlobalInitialization】

3.2.4.2.按一下表格内容设置参数

3.2.4.3.设置完成后点击【OK】

3.3.写出CFX-Solver求解输入文件（.def）

3.3.1.菜单栏中单击DefineRun

。

3.3.2.保存名称为PipeValve.def的文件。

3.3.3.点击Save保存。

3.3.4.选择【File】>【Close】退出CFX-Pre。

3.3.5.选择弹出对话框中的【Save&Close】。

3.4.CFX-Solver求解设置

3.4.1.选择DoublePrecision（可选）。

3.4.2.选择【ParallelEnvironment】>【RunMode】>…调整并行核数（可选）。

3.4.3.在打开的CFX-Solver求解器中选择【StartRun】。

3.5.CFD-POST后处理设置

在CFX-Solver界面下，单击选择LaunchCFD-Postwitharesultsfile

。

进入到CFD-POST界面下。

3.5.1.使用对称平面显示完整几何

3.5.1.1.选择【Insert】>【InstanceTransform】，选择默认名称

3.5.1.2.取消选择【InstancingInfoFromDomain】

3.5.1.3.勾选【ApplyReflection】>【Method】>YZPlane,【X】>0.0[m]

3.5.1.4.选择【Apply】

3.5.1.5.在Outline标签下，双击UserLocationsandPlots中的Wireframe，在【View】标签下设置如下

3.5.1.6.点击【Apply】确定。

3.5.2.创建速度矢量图

3.5.2.1.选择Vector图标

，默认名称，点击【OK】

3.5.2.2.选择【Geometry】>【Definition】>【Locations】>SymP

3.5.2.3.点击【Apply】

3.5.3.显示阀体表面压力云图

3.5.3.1.双击Outline中Valvewall边界，进入到详细设置面板下

3.5.3.2.在Color选项栏中，选择【Mode】>Variable，【Variable】>Pressure

3.5.3.3.在View选项栏中，选择【ApplyInstancingTransform】>【Transform】>InstanceTransform1

3.5.3.4.点击【Apply】

3.5.4.创建流线

3.5.4.1.关闭Valvewall、Vector1显示

3.5.4.2.点击Streamline

3.5.4.3.选择【StartFrom】>Inlet

3.5.4.4.选择【View】>【ApplyInstancingTransform】>InstancingTransform1

3.5.4.5.点击【Apply】

3.5.5.计算管路进出口压降

3.5.5.1.选择菜单栏【Insert】>Table，点击【OK】

3.5.5.2.在A1栏里填入表达式：

“=areaAve（TotalPressure）@Inlet-areaAve（TotalPressure）@Outlet”

A1栏输出结果即为进出口全压降

4.本章小结

本节内容为蝶阀内流场仿真分析实例。

介绍了蝶阀内流场仿真步骤，包括材料属性设置、边界条件设置、计算设置和后处理的设置。