90度彎管內(nèi)流動(dòng)磨蝕分析算例來源：Fluent

Tutorial培訓(xùn)算例制作：算例校核：：本算例使用ANSYS

Fluent

19.0，對一90度彎管內(nèi)流場進(jìn)行仿真，文檔內(nèi)包含詳細(xì)的網(wǎng)格導(dǎo)入、模型選擇、材料物性、邊界條件、求解參數(shù)、后處理的設(shè)置。通過仿真計(jì)算獲得流場物理量信息和壁面沖刷磨蝕結(jié)果。案例描述本算例仿真的彎管包含兩個(gè)90度拐段，如下圖所示，水流從管路進(jìn)口以10m/s的平均速度進(jìn)入，從出口流出。顆粒從管路進(jìn)口，并以初速度10m/s流量

1kg/m3進(jìn)入到管內(nèi)，顆粒密度為1500kg/m3，粒徑為200μm。壁面的法向、切向反射系數(shù)是顆粒碰撞角的多項(xiàng)式函數(shù)，在磨蝕模型的設(shè)置中，碰撞角度函數(shù)用于模擬管壁上磨蝕的延時(shí)作用（當(dāng)顆粒以一個(gè)較淺的角度沖擊到管壁時(shí)，將造成一個(gè)較大的磨蝕速率）。操作步驟3.1.

創(chuàng)建工作 并啟動(dòng)Fluent在硬盤上創(chuàng)建英文名稱的文件夾（例如Elbow3D），將網(wǎng)格文件3d-elbow.msh.gz拷

貝至該 下。啟動(dòng)Fluent

19.0，在Fluent

Launcher中，Dimension選擇3D，Display

Options中勾選Display

Mesh

After

Reading和Workbench

ColorScheme，Options中勾選Double

Precision，Processing

Options選擇Parallel，設(shè)置使

核計(jì)算（用戶可以根據(jù)現(xiàn)有的硬件資源和License 酌情選擇合適的并行數(shù)），更改Working

Directory路徑至該網(wǎng)格文件 下，點(diǎn)擊OK啟動(dòng)Fluent

19.0。操作步驟3.2.導(dǎo)入網(wǎng)格文件菜單中點(diǎn)擊【File】>【Read】>【Mesh…】，選取網(wǎng)格文件3d-elbow.msh.gz，點(diǎn)擊OK導(dǎo)入網(wǎng)格。此時(shí)，圖形界面中可以查看導(dǎo)入的網(wǎng)格。操作步驟3.3.General一般設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【General】，進(jìn)行網(wǎng)格相關(guān)的操作以及選擇求解器。操作步驟3.3.1.縮放網(wǎng)格樹中點(diǎn)擊【Setup】>【General】>【Mesh】>【Scale…】，在Scaling下選擇

Convert

Units，在Mesh

Was

Created

In中選擇in，并在View

Length

Unit

In選項(xiàng)中擇in，以英寸為單位查看當(dāng)前模型的尺寸范圍是否正確。操作步驟3.3.2.檢查網(wǎng)格樹中點(diǎn)擊【Setup】>【General】>【Check】，在Console信息界面中將顯示網(wǎng)格的基本信息，確保最小體積值大于0。操作步驟3.4.Models模型設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Models】，進(jìn)行物理模型設(shè)置。操作步驟3.4.1.選擇湍流模型樹中【Setup】>【Models】>【Viscous】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Viscous，Model中選擇k-epsilon，k-epsilon

Model中選擇Standard，Near-Wall

Treatment中選擇StandardWallFunctions，點(diǎn)擊OK完成設(shè)置。操作步驟3.4.2.激活離散項(xiàng)模型樹中【Setup】>【Models】>【Discrete

Phase】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Discrete

Phase，Interaction中勾選Interaction

withContinuous

Phase，在DPM

IterationInterval中輸入5；在Tracking選項(xiàng)欄中設(shè)置Tracking

Parameters，Max.

Number

of

Steps設(shè)置為10000，Step

Length

Factor設(shè)置為5；切換至Physical

Models選項(xiàng)欄中，勾選

Erosion/Accretion選項(xiàng)，點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。操作步驟3.5.Materials材料設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Materials】，進(jìn)行材料物性設(shè)置。操作步驟在Materials的Task

Page中選中Fluid下的air，點(diǎn)擊【Create/Edit…】，在彈出的

Create/Edit

Materials窗口中，點(diǎn)擊Fluent

Database…，在彈出的Fluent

DatabaseMaterials窗口中確保Material

Type為fluid，在Fluent

Database

Materials中選擇

water-liquid(h2o<l>)，點(diǎn)擊Copy按鈕，將water-liquid物性參數(shù)添加至當(dāng)前材料屬性庫中。操作步驟關(guān)閉Fluent

Database

Materials窗口，回到Create/Edit

Materials窗口中點(diǎn)擊Change/Create按鈕保存。操作步驟3.6.Cell

Zone

Conditions設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Cell

Zone

Conditions】，進(jìn)行體網(wǎng)格區(qū)域條件的設(shè)置。操作步驟3.6.1.定義流體屬性在Cell

Zone

Conditions的Task

Page中選中fluid點(diǎn)擊【Edit…】，在彈出的Fluid窗口中，Material

Name中設(shè)置屬性為water-liquid。點(diǎn)擊OK，確認(rèn)設(shè)置。3.6.2.定義操作條件在Cell

ZoneConditions的Task

Page中，點(diǎn)擊Operating

Conditions…按鈕，確保Operating

Pressure(pascal)中值為默認(rèn)101325。點(diǎn)擊OK。操作步驟3.7.Injections離散項(xiàng)輸入條件設(shè)置3.7.1.添加粒子樹中【Setup】>【Models】>【DiscretePhase】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Injections，在彈出的Injections面板中點(diǎn)擊Create創(chuàng)建離散項(xiàng)。在Set

Injection

Properties界面下設(shè)置Injection

Type為surface，在Release

FromSurfaces中選擇inlet作為離子

位置，在Point

Properties

欄下設(shè)置Z-Velocity(m/s)為10，Diameter(in)為0.0002，Total

Flow

Rate(kg/s)為1；切換至Turbulent

Dispersion 欄下，勾選StochasticTracking下Discrete

Random

Walk

Model，將Number

of

Tries改設(shè)為10，點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。操作步驟1.1.1.設(shè)置沙粒屬性在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Materials】>【Insert

Particle】>【anthracite】，進(jìn)行材料物性設(shè)置。在Create/Edit

Materials窗口中，在Name欄填入sand，刪，在Properties下的Density(kg/m3)中填入1500，點(diǎn)擊Change/Create按鈕保存。彈出 框選擇Yes設(shè)置覆蓋當(dāng)前參數(shù)。操作步驟3.8.Boundary

Conditions設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Setup】>【Boundary

Conditions】，進(jìn)行邊界條件的設(shè)置。操作步驟3.8.1.定義進(jìn)口邊界條件在BoundaryConditions的TaskPage中，鼠標(biāo)左鍵雙擊選中inlet，在Momentum選項(xiàng)卡中的設(shè)定Velocity

Magnitude(m/s)值為10，將Turbulence下SpecificationMethod改為Intensity

and

Hydraulic

Diameter，設(shè)置Turbulent

Intensity(%)為5，Hydraulic

Diameter(m)為0.05；其余設(shè)置默認(rèn)。操作步驟3.8.2.定義出口邊界條件在Boundary

Conditions的Task

Page中，鼠標(biāo)左鍵單擊選中outlet，將Type設(shè)置由pressure-outlet改為outflow，彈出Outflow窗口，保留默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。3.8.3.定義管壁邊界條件在Boundary

Conditions的Task

Page中，鼠標(biāo)左鍵單擊選中wall，確認(rèn)其Type是wall，如果不是，從Type的下拉菜單中切換選擇。點(diǎn)擊【Edit…】，彈出Wall窗口，在DPM選項(xiàng)卡中，選擇DiscretePhase

Reflection

Coefficients下的Normal選項(xiàng)，點(diǎn)擊其后

Edit…按鈕，彈出Polynomial

Profile窗口，增加Coefficients下數(shù)值至4，并在下方各欄中填入四個(gè)系數(shù)，分別為0.993，-0.0307，0.000475，-2.61e-6。點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。操作步驟回到Wall窗口，依舊在DPM選項(xiàng)卡中，選擇Discrete

Phase

Reflection

Coefficients下的Tangent選項(xiàng)，點(diǎn)擊其后Edit…按鈕，彈出Polynomial

Profile窗口，增加Coefficients下數(shù)值至4，并在下方各欄中填入四個(gè)系數(shù)，分別為0.988，-0.029，0.000643，-3.56e-6。點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。操作步驟回到Wall窗口，點(diǎn)擊Erosion

Models下Generic

Model后的Edit…選項(xiàng)，彈出GenericErosion

Model

Parameters窗口，點(diǎn)擊Impact

Angle

Function后Edit…，彈出

PolynomialProfile窗口，增加Coefficients下數(shù)值至5，并在下方各欄中填入五個(gè)系數(shù)，分別為0，0.8，1，0.5，0.4。點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置?；氐紾eneric

Erosion

Model

Parameters窗口，點(diǎn)擊Diameter

Function后下拉菜單，將類型改為constant，并在數(shù)值欄中填入1.8e-9；在VelocityExponentFunction欄中同樣改為constant，并在數(shù)值欄中填入2.6。點(diǎn)擊Close關(guān)閉設(shè)置?；氐絎all設(shè)置窗口，點(diǎn)擊OK確認(rèn)并退出設(shè)置。操作步驟3.9.Solution

Methods求解方法設(shè)置在最左側(cè)的樹中，鼠標(biāo)左鍵雙擊【Solution】>【Methods】，進(jìn)行求解方法的設(shè)置。設(shè)置Scheme為SIMPLE，其余設(shè)置為默認(rèn)。操作步驟3.10.Solution

Controls松弛因子設(shè)置鼠標(biāo)左鍵雙擊【Solution】>【Controls】，在Under-Relaxation

Factors下設(shè)置Pressure值為0.7，Momentum值為0.3，其余設(shè)置皆保持默認(rèn)。操作步驟3.11.Monitors監(jiān)視設(shè)置3.11.1.殘差監(jiān)視設(shè)置樹中【Solution】>【Monitors】>【Residual】，鼠標(biāo)左鍵雙擊，確保Plot選項(xiàng)被勾選。默認(rèn)Iterations

to

Store為1000。點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。操作步驟3.11.2.出口壓力監(jiān)視設(shè)置樹中【Solution】>【Monitors】>【Report

Plots】，鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊New…，進(jìn)行自定義物理量的監(jiān)視設(shè)置。在彈出的New

Report

Plot窗口中，點(diǎn)擊New…，選擇Surface

Report>Area-Weighted

Average…，在彈出的窗口中命名為pressure_out，在Create中勾選ReportPlot，并在Boundaries中選擇邊界outlet，其余設(shè)置均默認(rèn)，點(diǎn)擊OK確認(rèn)設(shè)置。操作步驟3.12.Initialization初始化樹中【Solution】>【Initialization】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Initialization，在TaskPage中確認(rèn)Initialization

Methods選擇為Standard

Initialization，設(shè)置Compute

From下拉菜單為all-zones，設(shè)置Initial

Values中Turbulence

Dissipation

Rate(m2/s3)為1e5。操作步驟3.13.Run

Calculation運(yùn)行計(jì)算樹中【Solution】>【Run

Calculation】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Run

Calculation，在TaskPage中的Number

of

Iterations輸入400。點(diǎn)擊Calculate開始運(yùn)行計(jì)算。運(yùn)行計(jì)算開始后，可以在視圖窗口中看到殘差曲線和出口壓力值隨迭代步數(shù)的變化。操作步驟3.14.Post-processing后處理在最左側(cè)的樹中，使用【Results】中的相關(guān)工具，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理。3.14.1.顯示粒子軌跡樹中【Results】>【Graphics】>【ParticleTracks】，鼠標(biāo)左鍵雙擊ParticleTracks，彈出Particle

Tracks窗口，選擇Options下的Draw

Mesh，在彈出的 框中選擇Surfaces欄下的inlet和outlet，點(diǎn)擊Display。選擇Close關(guān)閉Mesh

Display窗口。操作步驟回到Particle

Tracks窗口，選擇Release

from

Injections下的injection-0，其余設(shè)置默認(rèn)。點(diǎn)擊Save/Display顯示軌跡線。操作步驟3.14.2.顯示離散項(xiàng)磨蝕云圖樹中【Results】>【Graphics】>【Contours】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Contours，彈出

Contours窗口，在Options中勾選Filled、Auto

Range和NodeValues，在Color中選擇Smooth，在Contours中選擇Discrete

Phase

Variable…>DPM

ErosionRate(Generic)，Surfaces選擇wall。點(diǎn)擊Save/Display按鈕，顯示管壁上的磨蝕率。使用鼠標(biāo)中鍵或鼠標(biāo)滾輪可以將視角縮放到合適的位置詳細(xì)觀察計(jì)算結(jié)果。操作步驟3.14.2.顯示離散項(xiàng)磨蝕云圖樹中【Results】>【Graphics】>【Contours】，鼠標(biāo)左鍵雙擊Contours，彈出

Contours窗口，在Options中勾選Filled、Auto

Range和NodeValues，在Color中選擇Smooth，在Contours中選擇Discrete

Phase

Variable…>DPM

ErosionRate(Generic)，Surfaces選擇wall。點(diǎn)擊Save/Display按鈕，顯示管壁上的磨蝕率。使用鼠標(biāo)中鍵或鼠標(biāo)滾輪可以將視角縮放到合適的位置詳細(xì)觀察計(jì)算結(jié)果。操作步驟3.14.3.顯示部分區(qū)域離散項(xiàng)磨蝕云圖選擇菜單欄中Surface>Create>Iso-Clip…，進(jìn)入Iso-Clip框中，設(shè)置Surface

ofConstant下為Mesh…>Z-Coordinate，Min為0.17，Max為0.2794，選擇ClipSurface下邊界面wall，其余默認(rèn)，點(diǎn)擊Clip創(chuàng)建名為clip-z-coordinate-4的面。操作步驟繼續(xù)設(shè)置Surface

of

Constant下為Mesh…>Y-Coordinate，Min為-0.0254，Max為0.08，選擇Clip

Surface下邊界面clip-z-coordinat