ANSYS教学算例集FL蝶阀内流场分析.docx

1、ANSYS教学算例集FL蝶阀内流场分析关键字： 算例来源：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

2、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ANSYS CFX仿真软件，将网格文件PipeValveMesh.gtm拷贝至英文文件目录下，更改Working Directory路径至网格文件目录下。鼠标左键单击CFX-Pre 19.0，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】【New Case】或菜单栏下，新建case，在弹出的对话框中选取【Simulation Type】【General】，点击【OK】进入到

3、case设置界面中。3.1.3. 导入网格文件在【File】【Import】【Mesh】,选择【Files of type】为【CFX Mesh（*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】【Save Case As】，在【File name】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Default Domain，单击鼠标右键，选择Renam

4、e，输入PipeValve。3.2.1.2. 双击PipeValve，在Basic Settings标签栏下的Material中，选择Material为Water。保持【Domain Models】【Pressure】【Reference Pressure】栏里值为1atm。3.2.1.3. 切换到Fluid Models标签栏下，选择【Heat Transfer】【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Ins

5、ert Expression，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Basic Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【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Basic

6、 Settings设置栏中，保持【Boundary Type】【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“Pipe wall”，选择Boundary Type为【Wall】，【Location】为【pipe wall】，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Bound

7、ary Type为【Symmetry】，【Location】为【symP】，点击【OK】。3.2.2.6. 在Outline下，右击PipeValve Default，Rename为Valve Wall3.2.3. 求解器设定3.2.3.1. 在Outline下双击选择Solver Control3.2.3.2. 设置【Convergence Control】【Max. Iterations】603.2.3.3. 设置【Convergence Control】【Fluid Timescale Control】【Timescale Control】【Physical Timescale】2s。3

8、.2.3.4. 设置【Convergence Criteria】【Residual Target】1e-053.2.3.5. 点击【OK】。3.2.4. 初始化设定3.2.4.1. 单击【Global Initialization】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Define Run 。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

9、框中的【Save&Close】。3.4. CFX-Solver求解设置3.4.1. 选择Double Precision(可选)。3.4.2. 选择【Parallel Environment】【Run Mode】 调整并行核数(可选)。3.4.3. 在打开的CFX-Solver求解器中选择【Start Run】。3.5. CFD-POST后处理设置在CFX-Solver界面下，单击选择Launch CFD-Post with a results file 。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】【Instance Transf

10、orm】，选择默认名称3.5.1.2. 取消选择【Instancing Info From Domain】3.5.1.3. 勾选【Apply Reflection】【Method】YZ Plane, 【X】0.0m3.5.1.4. 选择【Apply】3.5.1.5. 在Outline标签下，双击User Locations and Plots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】【Lo

11、cations】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Valve wall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】Pressure3.5.3.3. 在View选项栏中，选择【Apply Instancing Transform】【Transform】Instance Transform 13.5.3.4. 点击【Apply】3.5.4. 创建流线3.5.4.1. 关闭Valve wall、Vector 1显示3.5.4.2. 点击Str

12、eamline 3.5.4.3. 选择【Start From】Inlet3.5.4.4. 选择【View】【Apply Instancing Transform】 Instancing Transform13.5.4.5. 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(Total Pressure )Inlet -areaAve(Total Pressure )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。