fluent-gambit使用辅导

2017-03-02 by:CAE仿真在线来源:互联网

GAMBIT使用要点

一、图形用户界面

包括:主菜单,图形窗口,抄本窗口,命令文本框,描述窗口,操作工具面板,副面板,图形/窗口控制面板。工具面板上按钮左下方带Ñ符号的说明有可选列表(用右键打开)。

二、图形窗口内的鼠标操作方式

(1)Display:左键-旋转,中键-移动,右键上下-缩放,右键左右-旋转,Ctrl+左键-放大,

双击中键-显示前一状态

(2)Task: Shift+左键-选择实体(可以拉方框包括要选对象),Shift+中键-转换选择相邻实体,

Shift+右键-接受实体选择并转到下一选项或执行Apply。

(3)Vertex Creation

GAMBIT辅导1.基本几何图形的生成及网格划分(Top-Down法)

1. 进入Gambit: 运行gambit -id example.jou

2. Geometry→Volume→Create Real Brick (10,6,6,Centered) →Apply (学会用undo)

3. Geometry→Volume→Create Real Cylinder (10,3,6,Positive Z) →Apply

4. Geomertry→Volume→Boolean operation→Unite Real Volumes

5. Mesh→Volume→Mesh Volume (Hex,Cooper,Interval size=1) →Apply

6. Graphies/Windows Control Toolpad→Examin Mesh(Range,EquiAngle Skew)

7. File→Exit

GAMBIT辅导2.二维混合弯管(Bottom-Up法)

1. 选择Solver→Fluent4

2. Tools→Coordinate System→Display Grid(Visibility,XY,X,-32,32,16)→Update list→(Y,-32,32,16) →Update list→Snap→Apply

3. 用Ctrl+右键生成九个点(A→H)

4. 取消Display Grid 面板中的Visibility选项→Apply

5. Geometry→Edge→Create EDGE→Create Real Circular Arc(中心E,边 FD)→Apply

Geometry→Edge→Create EDGE→Create Real Circular Arc(中心E,边GB)→Apply

6. Geometry→Edge→Create Edge→Create Straight Edge(B→A,A→C,C→D,F→G,G→I,I→H,H→F)

7. Geometry→Edge→Split/Edge (GB,Type=Cylinder,local t=-39.93) →Apply (生成J点)

Geometry→Edge→Split Edge(JB,Type=Cylinder,local t=-50.07) →Apply (生成K点)

Geometry→Vertex→More/Copy vertices (K点,Copy,Translate,x=0,y=-12.0,z=1)→Apply (生成L点)

Geometry→Vertex→More/Copy Vertices (L点,Copy,Translate,x=4,y=0,z=0) →Apply (生成M点)

8. Geometry→Edge→Create Edge→Create Straight Edge(K→L, L→M,M→J)

9. Geomety→Face→Create Face→Create Face From Edge(KJ,JG,GI,IH,HF,FD,DC,CA,AB,BK)→Apply

Geomety→Face→Create Face→Create Face From Edge (KJ,JM,ML,Lk)→Apply

10.Mesh→Edge→Mesh Edge (AC,HI,Ratio=1.25,Double Sided, Interval Count=10) →Apply

Mesh→Edge→Mesh Edge (AB,CD,GI,FH, Interval Count=15)→Apply

Mesh→Edge→Mesh Edge (BK,JG,Interval Count=12,,Ratio=0.9)→Apply

Mesh→Edge→Mesh Edge(KJ,Ratio0.85,Double Sided,不选Spacing Apply,不选Option-Mesh项)-Apply

11.Mesh→Face→Mesh Faces(大面,Quad,Map,Inteval size=1)→Apply

Mesh→Face→Mesh Faces(小面,Quad,Map,Inteval size=1)→Apply

12.Zones→Specify Boundy Type (inflow1,INFLOW,Entity=Edges,AC边,INFLOW,LM边,outflow,

OUTFLOW,HI边) →Apply 注:Zones→Specify Continuum Types默认为流体,其余面默认为墙。

13.File→Export→Mesh(Elbow.GRD) →Apply

14.File→Exit

GAMBIT辅导3.三管道相交

1. Solver→PolyFlow

2. Geometry→Volume→CreateVolume→Create Real Cylingder(10,3,3,positive Z) →Apply

Geometry→Volume→CreateVolume→Create Real Cylingder(10,3,3,positive Y) →Apply

Geometry→Volume→CreateVolume→Create Real Cylingder(10,3,3,positive X) →Apply

Geometry→Volume→Create Volume→Create Real Sphere (3) →Apply

Geomety→Volume→Boolean operation→Unite Real Volumes(将四个体合为一个体)

3. Geometry→Volume→Create Volume→Create Real Brick (5,5,5,-X,-Y,-Z) →Apply

Geometry→Volume→Splot Volume(用正方体分割大体)→Apply

Geometry→Edge→Create Edge→Create Strangle Edge (将三圆柱交点与原点连线) →Apply

Geometry→Face→Create Face→Create Face from wireframe(以刚生成的线为一边生成三个面)

Geometry→Volume→Split Volume (用刚生成的三个面中的一个分割体)

4. Mesh→Boundary Layer→Create Boundary Layer (0.1,1.4,4,0.71在六条圆弧上生成边界层)

5. Mesh→Volume→Mesh Volume→(八分之一球体,Hex,Tet Primitive,Interval size =1) →Apply

6. 为三个管道做网格

1)Mesh→Face→Set Face Vertex Type(Type=Side 选柱面上的’E’点) →Apply

Mesh→Volume→Mesh Volume (柱体,Hex,Cooper,Size=1) →Apply

2)Mesh→Face→Mesh Faces(柱面,Quad,Submap,Size=1) →Apply

Mesh→Volume→Mesh Volume (柱体,Hex,Cooper,Size=1) →Apply

3)Mesh→Volume→Mesh Volume(柱体,Hex,Cooper选择除柱面以外的四个面为源面,Size=1)--Apply

7. Zones→SpecifyBoundary Types (inflow Entity=Faces,三个柱端面中两个为入流边界,一个为出流边界,其余为墙面)

FLUENT辅导1.翼形的跨音速绕流

M¥=0.8

运行Fluent –2d

1. 网格

(1) File®Read®Case (airfoil.msh)

(2) Grid®check(注意:最小体积要大于0)

(3) Display®Grid(右键缩小、放大)

2. 模型

(1) Define®Models®Solver (Coupled,Implicit,2D,Steady,Absolute)

注:高速空气动力学问题宜采用Coupled算法,Implicit比explicit收敛快但占内存多。

(2) Define®Models®Energy (注:打开能量方程使热交换有效)

(3) 打开Spalart-Allmars紊流模型

Define®Models®Viscous (Spalart-Allmaras)

注:S-A模型求解紊流粘性传递方程,专门用于与压力梯度有关壁面边界层流动的航空问题。

3. 材料

Define®Materials(ideal-gas,sutherland)®change/create®close

注:粘性Sutherland定律适合于高速可压缩流体。r,v与T有关,但在本情况下,温度变化不大,比热和热导率可设为常数。

4. 操作条件

Define®Operating Conditions (operating-pressure=0)

注:马赫数大于0.1,操作压力宜为0,详见《用户指南》。

5. 边界条件

Define®Boundary Conditions (Gauge Pressure=101325,Mach number=0.8,Temp=300k,

X-Conpeunt=0.997564,Y-Conpeunt=0.069756) (注:攻角为4o)

6. 求解

(1)设置控制参数

Solve®Controls®Solution(Turbulent Viscosity=0.8,Courat Number=5,Second Order upwind)

注:湍流粘性比例系数和Courant数越大,收敛越快,但稳定性下降。二阶格式比一阶格式更精确。

(2)Solve®Monitors® Residual(选中plot)

注:打开残差监测曲线,也可同时打开drag.lift,moment-coefficients曲线(文件名Apply保存监测数据)。

(3)初始化

Solve®Initialize®Initialize(computer from=pressure-far-field-1,Gauge Pressure=101325…)®init

(4)Solve®Iterate(100)

(5) 设置计算drag,lift,moment coefficients的参考值,用于无量纲化作用在翼上的力和力矩

Report®Reference Values (Compute from =pressure-for-field-1)

(6)显示压力等值线

Display®Contours(Filled,Draw Grid)

(7)生成点面

Surface®Point (X0=0.53,Y0=0.051) ®Create®close

(8)为点面创建表面显示器

Solve®Monitors®Surfer(Surface Monitors=1,在monitor-1右边选中plot和write)®Define(Report of=Wall flux®Skin.Fniction Coefficient,在Surface列表中选Point-4,plot window=4,FileName=monitor-1.out) ®ok®ok

(9)File®Write®Case(airfoil.cas)

(10)Solve®Iterate(200)

(11)提高紊流粘性方程的收敛标准

Solve®Monitors®Residual(nut.criterion=1e-7) ®ok

(12)Solve®Iterate(400)

注:察看表面磨擦系数记录(History),阻力系数收敛记录(Drag Covergence History),升力系数收敛记录(lift convergence history),力矩系数收敛记录(moment Convergence history)。

(13)File®Write®Data(airfoil.dat)

7. 后处理

(1)打印翼上y+曲线

plot®xyplot(只打开position on x axis,x=1,y=0,z=0,turbwlence®Wall®Yplus, 选中

Wall-bottom与Wall-top)®plot

注: ,tw为切应力, 要求墙附近y+应>30。本题除少数区域(激波附近和迹线处)

外y+>30,因此可接受现有网格。

(2)显示马赫数等值线

Display®Contours(Velocity®Mach Number, 关闭draw Grid)®Display

注:在上表面x/c=0.45处出现激波。

(3)打印翼上压力分布曲线

plot®xyplot(在y axis function中选Pressure®Pressure Coefficient)®plot

(4)打印X方向剪切应力(翼表面处)

plot®xyplot (Wall Flux®X-wall Shear Stress) ®plot (注:负剪切力表明边界层分离及反向流)

(5)显示X方向速度等值线(注意激波后反流)

Display®Contours(Velocity®XVelocity) ®Display

(6)打印速度向量(放大激波后反流)

Display®Velocity Vectors(Scales=15) ®Display

FLUENT辅导2.液体燃料的燃烧

问题描述

Tw=1200K

Air 1m/s,650K

C5H12

Air

10m

二维管,入口Re»105,故为湍流,pentane蒸发后变为气相并燃烧,燃烧使用混合组分PDF 模型,平衡态组分包括11种成分:(C5H12, CH4 , CO, CO2 , H2, H2O(g), H2O(l), O2, OH, C(S) 和N2)。假设:射流中的液滴为100mm直径,初始温度为300k,分散角为30°,射流质量流速为0.004kg/s即为极稀薄燃料情况)。

先用prePDF 生成PDF文件(PDF文件中包含关于组成浓度和温度与混合物成分关系的信息)。

1. 绝热系统计算

① 定义prePDF模型类型

Setup®Case(Adiabatic,Equilibrium Chemistry,BetaPDF) ®Apply®Close

② 定义化学组分(详见指南)

Setup®Species®Define(11,11,C5H12,CH4,CO,CO2,H2,H2O,H2O(L),O2,OH,C(S),N2) ®Apply®Close

③ 定义燃料和氧化剂成分

Setup®Species®Composition(FuelStream=C5H12,ModelFraction=1.0,OxiderStream:

O2=0.21,N2=0.79)®Apply®Close

④ Setup®Species®Density (H2O(L)=1000, C(S)=1700) ®Apply®Close

⑤ 定义绝热系统操作条件

Setup®Operating Conditions(101000, 303, 650) ®Apply®Close

注:303为燃料入口温度,也即蒸发温度。

⑥ Setup®Solution Parameters®Close

⑦ File®Write®Input(lfuel-ad.inp) ®ok

⑧ Calculate®PDF Table

⑨ File®Write®PDF(选Fluent 5,lfuel-ad.pdf) ®ok

⑩ Graphics®Property Curves(Temperature)®Display(最高温度约2270K,对应浓度为0.1 )

Graphics®Property Curves(Species)®选择所有种类®ok®Display®close

注:OH, H2O(L)很少,可去掉。

2. 非绝热系统计算

① Setup®Case(Non-Adiabatic) ®Apply®close

② Setup®Operating Conditions(101000, 280, 2800, 303, 650) ®Apply®close

注:280比蒸发温度(303)低, 2800应比绝热系数最高温度高至少100K。

③ Setup®Solution Parameters(Fuel Rich=0.3, Distribution Center=0.2) ®Apply®Yes®close

注:Fuel Rich limit至少为最佳配比0.1的2倍。Distribution Centre 应靠近Fule Rich limit.

④ File®Write®Input(lfuel.inp) ®ok

⑤ Calculate®PDF Table

⑥ File®Write®PDF(选中Fluent 5, lfuel.pdf) ®ok

⑦ Graphics®3D Nonadiabatic Table (Temperature) ®Display®close

⑧ Graphics®Property Curves (Species选所有组分) ®Display

⑨ File®Exit

3.进入Fluent 2D ,读入网格

(1) File®Read®Case(lfuel.msh)

(2) Grid®check (最小体积>0)

(3) Display®Grid

4.连续相(气体)模型

(1) Define®Models®Solver(Segregated, Implicit) ®ok

(2) Define®Models®Viscous (K-e)

(3) Define ®Models®Species(PDF®lfuel.pdf) ®ok

注:读入非绝热PDF文件,则能量方程自动打开。

5.离散相模型

Define®Models®Discrete Phase(选中Interaction…, 5 , 10000, 0.01)

Define ®Injections®Create (group=10, droplet, n-penture-liquid-linear, C5h12,

选中Stochastic Model, 10 , 0.15,

0.001 0.001

100 100

0 57.7

1e-4 1e-4

303 303

2e-4 2e-4)

注:液滴直径为100mm , 质量流量为2e-4´10=0.002kg/s。

6.材料:连续相

Define®Materials(pdf-mixture, mixture, pdf-mixture, density=pdf, cp=mixing-law, Thermal

Conductivity=0.025, viscosity=2e-5) ®Change/Create

7.材料:离散相

Define®Materials(n-pentane-liquid, droplet-particle, name, C5H12<1>,

n-pentane-liquid(C5H12<1>), Density=620, CP=2300, Thermal Conductivity=0.136, Latent

heat=363000, 303, 306, 100, 6.1e-6, 8.2e4, 0) ®change/create®close

8.边界条件

Define®Boundary Conditions(Velocity-inlet-7)®set(Magnitude and Direction, Absolute,

1.0, 1, 0, 650, Intensity and Hydraulic Diameter, 10, 2.0, 0, 0, escape) ®ok

Define®Boundary Conditions(presure-out-let-5)®set(0,1800,Intensity and Hydraulic Diameter,

10, 2.0, 0,0,escape)®ok

Define®Boundary Conditions (Wall-6)®Set(选中Temperature,1200,0,0,aluminum,0,0.5,

reflect, polynomial,polynomial) ®ok

注:如液滴可以到达墙面,对Boudary-Type可使用Trap选项,即假定挥发成分一接触热壁

就全部汽化。

9.求解

(1) Solve®Initialize®initialize(velocity-inlet-7, 0, 1, 0, 650) ®init®close

注:本侧为空气预热,故可使用空气入口条件作初始值。在其他燃烧条件下,可能需要patch 一个高温区(solve/initialize/patch菜单及solve/dpm-update)。另一种方法是在离散相耦合及燃烧之前先进行初始气相计算。

(2) Solve®Monitors®Residual(选中plot) ®ok

(3) File®Write®case(fuel.cas)

(4) Solve®Iterate(300)

(5) File®Write®case&Data

10.后处理

(1) Display®Coutours(只选Autorange, temperate, static tempature) ®Display

注:最高温约1900K,使用Display/Views来镜像显示。

(2)Display®Contours(Autorange, pdf, Mean Mixture Fraction) ®Display

(3)Display®Contours(Autorange, Discrete Phase Model, DPM Evaporation) ®Display

(4)Display®Particle Tracks(Node Valuet Autorange, Single, line, particle variables,

particle Diameter, 选injection-0) ®Display

(5)Display®Contours(Autorange, Species, Mass fraction of C5H12) ®Display

FLUENT辅导3.煤粉燃烧

气相为连续相,煤粒为离散相,煤粒在气体中挥发,挥发分及炭的燃烧反应可用有限速率化学反应动力学或mixture-fraction/PDF分析。mixture-fraction/PDF模型可以模拟非预混湍流燃烧,只需求解一或两个标量mixture-fraction输运方程。多个化学组分的浓度可以通过mixture-fraction的分布求出。组分的物性参数由化学数据库得到。湍流与化学反应的相互作用由Beta或双delta PDF(probability density Function)来模拟。

问题描述:

10m

Tw=1200K

Air 15m/s,1500K

50m/s,1500K 0.5m

coal,0.1kg/s

0.125m

入口平均Re=105,为湍流。

( PDF文件含:组分浓度、温度与mixture-fraction的关系)

一、在prePDF中定义绝热系统

1.Setup®Case(选Secondary Stream, Adibatic, Equilibrium Chemistry, Secondary Stream)®Apply

注:选Secondary Stream, 使用两个混合组分即将炭作为燃料流,挥发分作为Secorday Stream,这样比用一个混全组分准确)。对Secondary Stream使用经验定义:即定义C, H, N, O的原子成分。对非绝热问题一般先进行绝热计算,可以获得:(1)绝热燃烧最高温度。(2)最佳配比混合物或密度(3)哪些组分对化学反应系统是微不足道的(可去掉)。对双组分,PDF类型(Delta或Beta)在Fluent中选取。

2.定义化学成分

13个:C, C(S), CH4, CO, CO2, H, H2, H2O, N, N2, O, O2, OH

Setup®Species®Define(C, CCS), CH4, CO, CO2, H, H2, H2O, N, N2, O, O2, OH)®Apply®close

3.确定燃料组成

大致分析

重量百分比

(不含灰)重量百分比

挥发分

30.4

炭(C(S))

69.6

灰