ansys fluent
技术基础与工程应用。
罐车装油过程的数值模拟。
环112 贺浩鑫 110376
指导老师：俞接成。
2023年11月26日。
北京石油化工学院。
油罐车是成品油运输过程中必不可少的运输工具。油罐车装/发油过程是一个具有非稳态、可压缩和多相流等复杂特性的流动问题，不仅罐内的液面发生变化，而且气相空间还存在着被压迫置换的现象。本节将利用cfd数值模拟方法模拟罐车装油过程中复杂的气液两相流动情况，实现从罐车加油开始到结束全过程的可视化模拟，展示油品注入油罐内气液相的变化、液面的波动等情况。
研究中用到了自由液面追踪法，忽略了气夜两相间的传质传热问题；同时以柴油作为工质，忽略汽油等轻质油品所存在的挥发现象。
1.1网格文件创建。
1.1.1创建几何模型。
(1)创建一个底面长轴半径75、短轴半径50、高450的椭圆柱体油罐。
(2)按照创建油罐的方法建立底面半径25高160轴位置为centered z的圆柱以及底面半径50高132轴位置亦为centered z的圆柱。
(3)用split按钮让油罐圆柱剖分出口圆柱体为三段，分别为露在油罐外的两段和在油罐内的一段。
按照同样的操作用出口圆柱体剖分加油管圆柱体，经过剖分操作后，加油管被剖分成5段，出口体被剖分成3段。
(4)删除露在油罐底部以外的加油管和出口管段。
(5)建立y=0辅助平面，width和height均填入300，direction选择zx cenrered，其他保持默认设置。
(6)使用创建的y=0辅助平面剖分几何模型中所有的volumes。
(7)删除y=0平面和模型中的y=0-部分。
为了合理的假设，减少fluent不必要的工作量，需要删除几何模型中所有y=0-的辅助平面。
(8)按照同样的方法建立x=0辅助平面并剖分模型中的volumes，获得x=0+部分，做完后删除x=0平面和x=0-部分所有的volumes。
1.1.2 网格划分。
为了能够对整个几何体划分结构化网络，在划分网格之前，需要做合适的平面，利用这些平面对整个几何体剖分，将几何体剖分成任何一个volume均可画出结构化网格为止。
1) 创建z=0平面并剖分模型中任何被z=0平面穿过的volumes
2) 创建y=50平面并剖分被y=50平面穿过的油罐volumes
3) 对典型的edge进行网格划分。
4) 对加油管圆柱进行网格划分，在mesh volumes对话框的volumes选中加油管圆柱，单击elements右边的按钮，在弹出的菜单中选中hex/wedge，单击type右边的按钮，在弹出的菜单中选中cooper，其他保持默认设置。
5) 对出口圆柱体进行网格划分，在mesh volumes对话框中的volumes选**口法兰圆柱，elements选中hex，type选中map，单击apply按钮。
6) 对油罐y=50+的两部分进行网格划分，elements选中hex/wedge，type选中cooper，单击apply按钮。
7) 对face：etuq完成网格划分，在mesh，face中elements选中quad，type选中map，单击apply完成划分。
8) 完成与面etuq相接的两个油罐体部分的网格划分，在mesh volumes对话框中的volumes选中与面etuq相邻的两个油罐体部分，elements选中hex/wedge，type选中cooper，单击apply完成。至此，网格划分完成。
1.1.3 设置边界条件。
首先隐藏网格，单击global control的一个按钮，出现specify display attributes ， 单击mesh右边的off前的单选框以选中。
执行以下操作：进入zone，在specify boundary types对话框中，name中输入对称面名称duichen1，type选中symmetry，faces选中y=0平面，单击apply成功创建一个对称面。
按照同样的方法将x=0平面上的图形设置成名为duichen2的symmetry类型边界；将图4-3-29中的阴影面设置成名为rukou的velocity-inlet速度入口；将图4-3-30中的阴影面设置成名为chukou的outflow自由出口；将4-3-31中的阴影面设置成名为bimian的wall固体壁面。
至此gambit操作完成。运行菜单操作：file→export→mesh→。。
在export mesh file对话框中的file name中输入网格文件的名称单击accept按钮创建网格文件。
1.2 fluent模拟计算。
启动fluent，通过菜单操作file→read→mesh。。。将网格导入fluent。
1.2.1模型设置。
(1)general任务页面，单击scale按钮在mesh was created in的下拉菜单中选择mm，在view length unit in下拉菜单中选择mm.
本算例为瞬态问题，因此选中time下面的transient按钮，选中gr**ity前面的复选框，设置加速度为：x=0,y=0,z=-9.8。
(2)model任务界面，双击model任务界面的viscous打开viscous model对话框，单击k-epsilon选中，并选中rng，其他保持默认设置。双击multiphase，单击volume of fluid已启动vof模型，并在number of eulerian phases中填入2，其他选项保持默认设置。
(3)materials任务界面，单击credit/edit按钮，单击fluent database按钮，选中diesel-liquid，单击copy按钮，完成设置。
(4)phases任务界面，单击phase-1-primary phase选中，单击edit按钮，在name下面的文本框填入primary phase的名称kongqi，在phase material的下拉菜单中选择air，使用同样的方法，将secondary phase的name设为chaiyou，在phase material的下拉菜单中选择diesel-liquid。
(5)cell zone conditions任务界面，单击operation conditions按钮，将对话框中的variable-density parameters下面的复选框选中，其他的保持默认设置。
(6)boundary conditions任务页面，将phase下面的选项选为mixture，单击rukou，然后单击edit编辑，打开mixture的velocity inlet对话框，选择velocity magnitute设为1，更改turbulence 下面的specification method为intensity and hydraulic diameter，在turbulence intensity中填入1，在hydraulic diameter中填入入口的水力直径50。单击ok关闭velocity inlet对话框。
将phase下面的选项改为chaiyou，单击rukou以选定，然后单击edit按钮，打开chaiyou的velocity inlet对话框。在velocity inlet对话框中，momentum选项卡下面volumes fraction右边的数字填入1，单击ok关闭。
1.2.2 求解设置。
(1)solution method任务页面，压力速度耦合选择******方案，momentum、turbulent kinetic energy和turbulent dissipation rate的空间离散格式均选用second order upwind。保持transient forumulation为first order implicit。
(2)monitor任务界面，双击residuals，在absolute criteria中均填入1e-6，单击ok关闭。
(3)solution initialization任务页面，单击standard initialization，将initial values下面的chaiyou volume fraction设为0，其他保持默认，然后单击initialize按钮完成初始化。
(4)calculation activities任务页面，双击calculation activities，在autos**e every 下面的文本框中填入5，其他保持默认即可。
为了能够实时显示相应surface上油气两相界面随时间的变化，首先需要创建相应的surface。surface→iso-surface。。。在surface of constant的下拉菜单中选择mesh，并在之后的下拉菜单中选中x-coordinate，在phase下保持mixture选项，在iso-values中填入0，在new surface name中填入x=0，单击create按钮，这时变创建了一个名为x=0的平面，使用同样的方法，创建y=0平面。
单击calculation activities任务页面下面的solution animations下的create/edit按钮，将弹出solution animation对话框。在animation sequences填入2，将sequence-1和sequence-2的when下拉菜单均改为time step。单击sequence-1右边的define按钮，弹出对话框。
再此对话框中，在storage type下选择metafile，在name中填入x=0，在windows右边的文本框填入2，单击set按钮。单击display type下方的contours，在contours of下拉菜单中选中phase，其下选择volume fraction，phase下面选择chaiyou，在surfaces下选择x=0，单击display按钮。这是，会在刚创建的图形对话框上显示出初始时刻x=0平面柴油和空气的两相气体分布。
(5)run calculation任务界面，确保time stepping method选中fixed，在time step size中设置为0.002，在number of time steps 中填入1300，在max iterations/time step中填入45，单击calculate开始计算。
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