瞬态油漆混合器 练习 6.

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1 瞬态油漆混合器 练习 6

2 网格输入 导入网格开始设置 选择网格文件bafflemix.cfx5 网格文件类型选为ICEM CFD Mesh Units 选为 m.

3 瞬态模拟设置 Simulation Type 选为 Transient
Time Duration 设为Total time 数值设为 2 [s] Time step 设为 0.01 Time step的值需要根据数值模拟收敛的好坏来调整 Initial Time设为 Automatic with value. 在模拟开始时 initial time 计数为 0.

4 导入材料数据库 从CFX 的材料数据库中导入模拟需要的材料数据 材料按类型分类
展开Constant Property Liquids 的列表,选中 Acetone 和 Turpentine. 这是数值模拟中两种类似于油漆的材料 确认流体域中的流体可选择刚才导入的材料

5 选择多相流流体 创建一个流体域，命名为 “mixzone”
location 设为“FLUID” 或 Assembly. (由于Assembly中只有一个，因此两者是相同的.) 点击 Fluids List 的下拉菜单，选中 Air Ideal Gas, Turpentine 和 Acetone 当完成多相流的选择后, fluid specifications 栏会自动添加到流体域设置中 Reference Pressure 设为 1 [atm] 本算例不考虑浮力影响

6 Fluid Models 设置 “Fluid Details” and “Fluid Pairs” 栏 会自动加入 multiple fluids框 在 Fluid Models 栏,选中 Homogeneous Model. 对所有流体使用均匀相来求解单一的动量方程. 当液体飞沫很小时可以做此假设 Free Surface model 设为 None, Heat Transfer Model 设为Isothermal (300 K) Turbulence model 设为 k-Epsilon

7 Fluid Details 设置 在Fluid Details 栏中, 3种流体是分别列出的，这样可以分别设置流体的飞沫尺寸和约束
在本算例中, 空气是连续相流体, Acetone 和 Turpentine是离散相流体 Morphology项中, Air Ideal Gas设为Continuous Fluid ,而 Acetone 和Turpentine设为Dispersed. 所有离散相流体的Mean (droplet) diameter 设为 7 [mm]

8 Fluid Pairs 设置 Fluid Pairs 项是用来描述各种流体相间的作用
保持 Surface Tension Coefficient项不选中. 由于液滴希望随着气体的流场,因此不需要模拟阻力.对所有fluid pairs的 Interphase Transfer Model 设为None. 这是一种气液两相耦合的方法: 气流能影响飞沫的运动,但液滴不能影响气流场

9 Inlet1设置 创建一个进口边界条件, 命名为 “bluepaint” Inlet设为N1
Boundary Details 栏中, 定义进口速度为 5 m/s Fluid Values 栏中, Acetone 和Air的 Volume Fraction 均设为 0.5 Turpentine 的 Volume Fraction 设为 0

10 Inlet2 设置 创建一个进口边界条件,命名为 “redpaint”: Inlet设为IN2
Boundary Details 栏中, 进口速度设为 5 m/s Fluid Values 栏中, Turpentine和 Air的Volume Fraction设为 0.5 Acetone 的Volume Fraction 设为 0

11 Tank Vent – Opening设置 创建一个 opening 边界条件,命名为 “valve”: VENT区域设为opening
Opening Static Pressure 设为 0 Pa ,Flow Direction设为 normal to the boundary Fluid Values 栏中, air 的 volume fraction 设为 1.0 (其他相均为0). 这意味着开始时只有气体在池中.

12 全局初始化设置 定义瞬态模拟的初始化设置 点击Global Initialization按钮
在 Global Settings栏中, Velocity Components设为 0 m/s, Relative Pressure 设为 0 Pa 选中Turbulent Eddy Dissipation项, Turbulent parameters 设为 Automatic Fluid Settings栏中, air 的volume fraction 设为1.0,其他流体相设为 0

13 3 1 输出控制设置 2 4 对于瞬态模拟,计算结果可以按用户定义的时间间隔写入文件
既可输出所有变量的计算结果,也可 只输出感兴趣的变量，这样可以减小文件的大小. 双击Output Control,创建一个Transient Results 1对象. Option设为Selected Variables,Output Variables List设为 Absolute Pressure, Velocity, Acetone Volume Fraction/Velocity and Turpentine Volume Fraction/Velocity 保存时间间隔为0.1 s 3 2 4 1

14 瞬态求解器控制设置 对瞬态求解讲，每个时间步都需迭代到收敛 收敛的时间步越多，瞬态模拟的结果越准确
通过改变 coefficient loops 能增加或减小时间步 收敛标准现在依赖于单独的时间步 对大多数瞬态模拟讲，需要选择时间步能在5 个Coefficient loops内达到中等收敛.

15 瞬态求解器控制 写出 .def 文件，起动solver manager 开始求解
从Solver Manager中可以监视到 Inlet 和 Outlet 的质量流量 监视 Vent opening 处Acetone 和 Air 的流量 ，可以看到Acetone 和 Turpentine 是如何流入流体域中的.

16 瞬态求解器控制 从Workspace菜单中创建一个monitor来监视变量
点击monitor plot 窗口可看到monitor properties 依次选择 FLOWvalve, Mass Flows of Acetone and Air

17 RMB on arc center to place plane
瞬态后处理 RMB on arc center to place plane 起动CFX-Post 读入瞬态模拟的计算结果 在screen 上点击右键,创建一个viewing 面 (或使用 Location 按钮) 这个面用来产生混合的瞬态动画

18 瞬态后处理 对将要做动画的平面使用变量来染色, 如：使用 acetone 的体积含量比 由于Acetone可能的最大体积比为 0.5
因此设定体积比范围为 0-0.5

19 瞬态后处理 准备动画制作的viewer window
在 View Control栏中, 双击 Default Legend 来调整legend 参数 将legend 横置于视图区的底部 Precision设为1(Fixed), Value Ticks 设为11

20 瞬态后处理 调整视角使mixer居中,而且切面清晰可见 关闭 ruler 和 axis的 visibility选项
准备动画制作的viewer window 调整视角使mixer居中,而且切面清晰可见 关闭 ruler 和 axis的 visibility选项

21 瞬态后处理 首次读入.res 文件后可载入所有Transient文件,再使用Timestep Selector在各个time steps间选择 点击time step selector 按钮 滚动滑条，选择第一个 timestep 点击Apply.

22 瞬态后处理 视窗内应显示第一个时间步的结果 (mixer 内没有Acetone )
下一步, 使用Timestep Selector来创建和编辑animation key frames

23 瞬态后处理 点击Animation Editor 按钮调出 animation control
点击 file 按钮创建一个 key frame 最少需要两个帧来完成一个动画的开始和结束 动画使用已有的时间步来进行插值处理

24 瞬态后处理 Timestep Selector 设为 first time step,创建 第一个关键帧 # of frames设为 1
点击 file 按钮保存第一帧 点击 按钮展开动画窗口 注意直到定义完成，窗口底部区才可用

25 Transient Post-Processing
Timestep Selector 选为最后一个时间步,创建 Key frame #2 # of frames 设为 40 点击 file 按钮保存最后一个时间步作为第二帧 注意到动画窗口的下部选项现在可用了 点击 Save MPEG 点击 Options

26 瞬态后处理 大多数动画非常快,除非时间步非常小非常多 动画可以设置产生额外的帧
Slower by a factor设为100 来改变动画的速度 当修改factor时，MPEG持续的大概时间会同时显示

27 瞬态后处理 Play animation 创建 MPEG file 双击第一帧或使用rewind 按钮来回放MPEG
点击play 按钮来创建MPEG 文件 MPEG的播放速度会比实际的慢 MPEG 文件会写入 working directory

28 瞬态后处理 关闭Animation 和Time Step Selector 窗口 下一步, 创建一个两条流线混合的动画
对每一相的流体创建一条流线，如前一样调整好视角 从进口点可是显示 Sampling 设为 Equally Spaced # points 设为 30 Variable 设为 Acetone.Velocity

29 瞬态后处理 velocity 的Colour mode使用默认值，也可通过Colour tab来修改
streamlines 用paint来染色 (blue and red) 点击 … 调出colour selector

30 瞬态后处理 创建Turpentine 的流线 通过Timestep Selector读入最后一个时间步来检查所有的流线

31 瞬态后处理 选中 Animation Editor 和Timestep Selector 使用前面相同的设置创建 Animation