CFX弯管流动实例

CFX案例弯管流动实例2020/2/122/40弯管流动实例•几何模型•网格划分•CFX前处理•求解过程•后处理CFX典型过程包括：2020/2/123/40弯管流动实例弯管流动是工程实际中常遇到的问题，结构如下图，管内流体为水，入口速度取10m/s，出口为压力出口，具体几何尺寸如图示。本案例三维建模和网格划分采用软件ICEM。图1弯管尺寸图2020/2/124/40弯管流动实例建立模型及网格划分1.设定工作目录启动ICEMFile→ChangeWorkingDirectory，选择文件存储目录图22020/2/125/40弯管流动实例2.创建PointStep1：创建Point_0，选择Geometry建点（图3），如图4示，输入X=0，Y=0，Z=0，创建Point_0Step2：创建Point_1，如图5示，输入DX=0，DY=0，DZ=5000，选择Point_0为基准创建Point_1图5图4图32020/2/126/40弯管流动实例Step3：采用相似的方法创建其余各点，其中创建不同点时的基准点和偏移量如下表所示待创建点基准点DXDYDZPoint_2Point_1-150001500Point_3Point_1-300000Point_4Point_300-5000图62020/2/127/40弯管流动实例3.创建Curve选择Geometry标签栏-创建Curve按钮Step1：创建Curve1-右击模型树Model→Points，选择BlankPoints，再选择Point_1，中键确定，此时Point_1被隐藏。将鼠标置于主窗口Z轴坐标附近，当出现+Z时，单击中键，主窗口将显示Z轴视图。如图示，勾选Radius复选框，输入半径600，单击圆心Point_0，然后在其附近任意点两点，得到Curve1。图7图82020/2/128/40Step2：创建Curve2，依次选择Point_0和Point_1，中键确定。图9弯管流动实例Step3：创建Curve3，在Method下拉列表中选择From3Points，单击依次选择Point_1，Point_2，Point_3，中键确定。Step4：创建Curve4，与Step2的方法相同，连接Point_3和Point_4创建Curve，得到下图。2020/2/129/404.创建Surface选择Geometry标签-单击创建Surface按钮Step1：创建弯管的侧面。如图所示，单击Curve2为Drivingcurve，单击选择Curve1为Drivencurve，中键确定，如下图所示。图11图10弯管流动实例2020/2/1210/40Step2：采用与Step1相同的方法，依次生成剩余圆柱的侧面。图12Step3：创建圆柱的入口端面，在Method下拉列表中选择FromCurves，单击选择Curve1，中键确定。（若生成出错，打断进口圆曲线，再生成即可。）Step4：采用与Step3相同的方法创建弯管的出口端面。弯管流动实例2020/2/1211/405.创建Part右击模型树Model→Parts，选择CreatePartStep1：创建入口Part，在Part栏中输入IN，选择由Curve1围成的入口面。图13弯管流动实例图14Step2：采用Step1的方法，定义弯管侧面的Part名为WALL，定义出口面的Part名为OUT。定义完成后观察几何体不同Part颜色的变化。2020/2/1212/406.修改几何模型因为在创建几何模型过程中使用了一些辅助的点、线、而且在生成面的过程中会生成多余的线，因此需要删除多余的点、线。Step1：删除所有的Point。单击Geometry中删除点的标签，按键盘中的A键删除所有的Point。Step2：删除所有的Curve。单击Geometry删除线标签中，按键盘中的A键删除所有的Curve。Step3：删除没有几何元素的空Part。如图所示，右击模型树Model→Parts→GEOM，选择Delete，在弹出的对话框中单击Delete按钮确认删除。弯管流动实例图152020/2/1213/40Step4：创建几何模型的拓扑结构。选择Geometry栏中创建拓扑结构按钮，保持默认设置，单击Apply按钮创建表征几何必需的Point和Curve，创建结果如图所示，Surface的显示方式为WireFrame。Step5：创建Body。选择Geometry中创建Body标签，在Part栏中输入名称BODY，勾选Entiremodel复选框，单击Apply按钮，根据整个模型的几何拓扑创建Body。弯管流动实例图162020/2/1214/40定义网格参数1.定义全局网格参数在标签栏中选择Mesh，进入定义网格全局参数的操作。Step1:定义网格全局尺寸。如图所示，定义Scalefactor为1，定义Maxelement为128，勾选Display复选框，查看最大允许网格单元大小。其它选项保持默认设置，单击Apply按钮确定。弯管流动实例图172020/2/1215/40Step2：定义体网格全局参数。如图所示，在MeshType下拉列表中选择Tetra/Mixed，在MeshMethod下拉列表中选择Robust（Octree），其余保持默认设置，单击Apply按钮确定。定义体网格的类型和生成方法。弯管流动实例图18图19Step3：定义棱柱网格全局参数。如图所示，在Growlaw下拉列表中选择exponential，定义Initialheight=2，Heightratio=1.5，Numberoflayers=7，单击Apply按钮确定。2020/2/1216/402.定义Part的网格尺寸右击模型树Model→Parts，选择PartMeshSetup。在弹出的对话框中，定义WALL的最大允许网格单元尺寸为100，并且单击Prism，即在壁面附近生成边界层棱柱网格，单击Apply按钮确定，单击Dismiss按钮退出。3.保存几何模型File→Geometry→SaveGeometryAs，保存当前的几何模型为Pipe.tin。弯管流动实例图202020/2/1217/404.生成网格Step1：选择标签中的Mesh，勾选CreatePrismLayers复选框，其余参数保持默认设置，单击Compute按钮生成网格。生成的网格如图所示，发现在近壁面处有很好的边界层网格。弯管流动实例图21图222020/2/1218/40Step2：检查网格质量。选择EditMesh标签栏，选择需要检查的网格类型TETRA_4（四面体网格单元）、TRI_3（三角形网格单元）、PENTA_6(三棱柱网格单元)。在Criterion下拉列表中选择Quality，单击Apply按钮。网格质量都大于0.3，满足计算要求。File→saveprojectas，保存为Pipe.prj弯管流动实例图23图242020/2/1219/40导出网格Step1：outputmesh→selectsolver打开选项卡SolverSetup，如下图，在outputsolver中选择ANSYSCFX，单击ApplyStep2：选择outputmesh→writeinput，弹出如图所示对话框，若前期保存了.fbc文件，这里选择NO，弹出图，选择done，输出完成。弯管流动实例图25图26图272020/2/1220/40CFX弯管流动计算实例CFX模拟计算设置模拟阶段特性细节前处理模拟模式常规模拟类型稳态流体类型water域类型静止域湍流模型K-Ɛ模型进口条件速度进口出口条件开放出口壁面条件无滑移壁面时间尺度自动时间尺度后处理绘制平面云图矢量图流线图2020/2/1221/40CFX弯管流动计算实例CFXPre设置Step1：打开CFX18.1，出现下图界面，分别为TurboGrid旋转机械模块CFX-Pre前处理模块CFX-SolverManager求解模块CFX-post后处理模块Step2：打开CFX—Pre，新建File—Newcase，如图，选择General。1.新建及网格加载图28图292020/2/1222/40Step3：保存模拟File—Savecase保存当前模拟。注意目前CFX不接受任何中文字符，在模拟的存储路径和文件名中均不能出现中文字符和用中文输入法输入的符号。Step4：导入网格，如图，在弹出的网格加载窗口中选择后缀为.cfx5的网格文件，单击打开加载网格。CFX弯管流动计算实例图302020/2/1223/402.生成域Step1：单击生成域按钮，并命名为pipe。Step2：常规设置。选择位置，选择域类型为FluidDomain，流体列表中的物质选为water，其他选项为默认。Step3：湍流模型选择k-Ɛ模型，壁面函数选择Scalable选型。Step4：单击OK，生成域。CFX弯管流动计算实例图312020/2/1224/40CFX弯管流动计算实例图33图322020/2/1225/403.入口边界条件设定Step1：单击工具栏生成边界按钮，并命名为IN。Step2：基本设定。选择边界类型为Inlet，位置在IN。Step3：边界详细信息。流体类型为亚声速，质量和动量选择NormalSpeed，值为10m/s。。Step4：单击OK，生成进口边界。CFX弯管流动计算实例图35图342020/2/1226/404.出口边界条件设定Step1：单击工具栏生成边界按钮，命名为OUT。Step2：基本设定。选择边界类型为Outlet，位置在OUT。Step3：边界详细信息。流体类型为亚声速，质量和动量选择StaticPressure，值为1atm。Step4：单击OK，生成出口边界。CFX弯管流动计算实例图36图372020/2/1227/405.壁面边界条件设定Step1：单击工具栏生成边界按钮，命名为WALL。Step2：基本设定。选择边界类型为wall，位置在WALL。Step3：边界详细信息，本例选择无滑移壁面，详情如图。Step4：单击OK，生成壁面边界。CFX弯管流动计算实例图38图392020/2/1228/40CFX弯管流动计算实例6.设定求解控制Step1：单击工具栏生成生成求解控制按钮，设置求解控制。Step2：基本设定。求解控制中确定AdvectionScheme为HighResolution，MaxIteration为200，如图，其他选项保持默认。Step3：单击OK，生成求解控制。Step4：单击工具栏中保存按钮，保存当前设置。图41图402020/2/1229/40CFX弯管流动计算实例7.求解Step1：单击工具栏求解（DefineRun）按钮，写出求解文件。Step2：保存文件。在弹出求解文件窗口设置文件名后保存写出文件，同时弹出求解器窗口如图。Step3：开始求解。写出求解文件后，求解器将自动弹出，确认求解文件和工作目录，单击StartRun按钮进行求解。Step4：结束提示。收敛结束后自动弹出提示窗口。图422020/2/1230/40CFX弯管流动计算实例图44图432020/2/1231/40CFX弯管流动计算实例Step5：查看收敛曲线。Step6：启动后处理。单击工具栏的后处理按钮，如图。在弹出的开始后处理窗口中单击OK按钮，进入后处理，如需要关闭求解管理器，可选择ShutdownSolverManager，如图示。图45图46图472020/2/1232/40CFX弯管流动计算实例后处理1.创建平面创建几何图形的纵剖面Step1：调整图形显示。在几何图形空白显示区右击鼠标，选择PredefinedCamera选项，使用ViewFrom+Y在以+Y方向显示图形后，可以使用鼠标中键滚轴放大或缩小几何图形，按住右键不动可以拖动图形左右移动。2020/2/1233/40CFX弯管流动计算实例Step2：在工具栏中单击Location按钮，选择Plane选项。Step3：指定