comsol流体动力学模型油箱的晃动.docx

1、comsol流体动力学模型油箱的晃动流体动力学模型：油箱的晃动模型背景本案例模型表明COMSOL Multiphysics 软件可以借助移动网格技术来仿真动态自由表面流动。模型使用不可压缩Navier-Stokes方程来模拟液体的流动。矩形油箱内的液体（甘油）原本处于静止状态。运动由来回摆动的重力矢量来驱动，重力矢量的最大摆动角度为。由于液体的表面没有约束，该模型为一个不规范的计算问题。然而，ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)技术可以很好的解决这类问题。不仅仅是可以方便的在COMSOL Multiphysics中建立移动网格（ALE）应用模式，而且在移动网格求

2、解域边界，它代表了自由的边界条件。这也允许更加精确的估计边界条件特性，比如曲率，也使得表面张量分析成为可能。本实例忽略了表面张量的影响。模型几何、控制方程及边界条件本模型使用不可压缩Navier-Stokes方程式来描述流体动力特性：其中 移动网格为了能够用动网格来跟随模拟运动的流体，必须将移动网格耦合到流体表面的法线上去。结果是，对于这种自由表面运动，不能将移动网格耦合到流体运动的切线方向。如果这样做网格会变形过度从而导致问题不再收敛。自由表面的网格等式边界条件在这种条件下可写为： ( 即u*nx+v*ny)其中n表示边界的法向矢量，表示网格的移动速度模型数据ParametersNameEx

3、pressionValuerho1270kg/m3nu1.49Pa*sphi_max(4*pi/180)radfreq1Hzg9.81m/s2VariablesNameExpressionUnitphiphi_max*sin(2*pi*freq*t)radgrav_xg*sin(phi)grav_y-g*cos(phi)分析结果要求：在t=1s，t=1.2s,t=1.4s,t=1.6s时的速度场分布情况。重力矢量的倾斜是由油箱的倾斜引起的。追踪自由液面在X=0.5m处，时间段t0,6s的波峰高度。建模过程1.将所需的材料参数预先写如TXT格式的记事本文档中(包括全局定义参数Parameters

4、，和变量Variables2.运行COMSO4.2创建模型，选择2DLaminar Flow(spf)层流和Moving mesh动网格Time Dependent瞬态生成3.进入几何绘图界面，尺寸参数不用改变，长度单位为m,右键单击Geometry选择Rectangle绘制矩形尺寸如图4.生成集合，Form a union选择右上角Build Selected键生成5.定义流体属性选择Fluid Properties 1,定义材料物理参数，如图，材料密度rho,材料动力学粘度mu6.添加滑动边界条件，右键选择Laminar Flow， 选择Wall(壁)，在几何模型中选择如图所示1、2、4边

5、，在Boundary condition选项中选择Slip(滑移)7.添加开边界，右键选择Laminar Flow， 选择Open Boundary，在几何模型中选择3边，其余保持默认设置8.添加体积力，右键选择Laminar Flow， 选择Volume Force，选中体积力作用区域1（如图几何模型区域），在Volume force 中输入体积力Fx=rho*grav_x Fy=rho*grav_y9.定义移动网格，添加自由变形区域，右键选择Moving Mesh选项，选择Free Deformation，并选中自由变形区域，几何模型1，如图。10.定义网格位移，右键选择Moving Me

6、sh选项，选择Prescribed mesh displacement,在几何模型中选择1、4边，定义x方向的位移为0（将y方向位移前的去掉）11.同10步，定义2边的位移，x、y方向的位移都为012.定义开边界上的网格移动速度，右键选择Moving Mesh选项，选择Prescribed mesh Velocity, 在几何模型中选择3边,condition system选项中选择Boundary System 1(sys1),定义法向速度Vn=u*nx+v*ny13.划分网格，选择自由三角形网格，网格质量选择Fine14.求解器定义，选择Step1:Time Dependent，按如图所示

7、设置，Times中设置分析时间步及步长range(0,0.1,6)时间从0到6秒，步长为0.1秒；右键单击Study 1，选择Show Defult Solver显示默认求解器，点击solver configurationssolver 1Time Dependent Solver 1,按如图所示设置，Relative tolerance（相对容差）设置为0.001；选择下面的Advanced(高级)，将Erro estimation设置为Exclude algebraic(不包含代数)15.点击Study 1，选择右上角的Compute（计算），开始计算。16.查看结果17绘制一点的速度曲线图右键单击Result，选择1D Plot Group，创建一维绘图组右键单击创建好的1D Plot Group，点击Point Graph,在几何模型中选择要绘制图形的点，在point graph栏中选择要绘制的物理量，如图选择Velocity magnitude(spf.U)，绘制速度曲线图，点击右上角的Plot，完成绘图。