注：資料來源于ANSYS官方實例教程。

1引言

本例的目的在于利用FLUENT侵蝕模型研究3D彎管受粒子沖擊造成的侵蝕現(xiàn)象。侵蝕現(xiàn)象在工程應用中是一種比較普遍的現(xiàn)象。

本例主要展現(xiàn)以下幾點內(nèi)容：

（1）使用侵蝕模型分析3D彎管的侵蝕

（2）如何使用離散相模型

（3）使用合適的求解設置建立并求解模型

（4）結(jié)果數(shù)據(jù)的后處理。

2前置要求

本例假定讀者已熟悉FLUENT的操作界面，并且已了解FLUENT求解設置的一般過程。一些基本的操作步驟不會描述得過于詳細。同時，要求讀者對于FLUENT中的離散相模型有一定的了解。

3問題描述

本例的計算幾何如圖1-1所示。計算幾何由兩個90°彎管組成。

圖1-1幾何模型

水從inlet入口以法線方向10m/s速度流入計算域，outlet出口被假定為outflow邊界。流場求解采用湍流模型，等溫及穩(wěn)態(tài)求解條件。

粒子密度1500kg/m3，以速度10m/s從inlet入口進入流體域，粒子直徑200微米，質(zhì)量流量1kg/m3。

壁面邊界的法向和切向反射率定義為粒子沖擊角的多項式函數(shù)，在沖蝕模型中，沖擊角函數(shù)被定義用于描述管道壁面的延性損傷。

本例中，粒徑函數(shù)定義為常數(shù)值1.8e-9，速度指數(shù)函數(shù)設置為常數(shù)2.6，這些值與公開文獻保持一致。

4設置與求解

Step 1：模型準備

1、以3D版本打開FLUENT軟件。如圖1-2所示。

2、在FLUENT軟件中利用菜單【File】>【Read】>【Mesh】，選擇并導入計算網(wǎng)格3d-elbow.msh文件。

圖1-2啟動FLUENT

Step 2：General面板設置

1、點擊操作樹節(jié)點General

2、在右側(cè)操作面板中點擊Scale…按鈕，進行模型尺寸確認。

3、點擊check…按鈕，檢查網(wǎng)格質(zhì)量。

4、點擊display…按鈕，在圖形區(qū)域顯示網(wǎng)格。

5、其它參數(shù)保持默認。

圖1-3 General面板參數(shù)設置

Step 3：Models設置

1、點擊操作樹節(jié)點Models進入模型操作面板。

2、設置viscous為標準k-e湍流模型。

鼠標雙擊模型列表中的viscous-laminar列表項，在彈出的設置對話框中進行如圖1-4所示的參數(shù)設置。點擊OK按鈕確認參數(shù)設置并關(guān)閉對話框。

圖1-4
設置湍流模型

3、設置離散相模型

鼠標雙擊Models列表框中Discrete Phase列表項，進入離散相設置面板。

（1）勾選選項Interaction with Continuous Phase

（2）設置Number of Continuous Phase Interations per DPM Iteration為5

（3）設置Tracking標簽頁下參數(shù)max. Number ofSteps為10000，設置Step LengthFactor參數(shù)為5

（4）切換至Physical Models標簽頁，勾選激活選項Erosion/Accretion，其他參數(shù)保持默認設置。

圖1-5離散相設置

4、設置粒子入射

鼠標點擊圖1-5面板中的按鈕Injections…，進入粒子入射設置面板。

（1）點擊Create按鈕創(chuàng)建新的粒子入射。彈出如圖1-6所示的入射定義面板。

（2）設置Injection Type為surface，并在Release From Surfaces列表框中選擇inlet為粒子入射位置。

（3）選擇Particle Type為Inert。

（4）設置Point Properties標簽頁，設置Z-Velocity為10，設置Diameter為0.0002，設置Total Flow Rate為1。

（5）進入Turbulent Dispersion標簽頁，勾選Discrete Random Walk Model，設置Number of Tries參數(shù)值為10。如圖1-7所示。

圖1-6創(chuàng)建粒子入射

圖1-7設置湍流彌散

Step4：Material設置

（1）點擊模型操作樹節(jié)點Materials

（2）鼠標雙擊右側(cè)面板材料列表項anthracite，進入材料編輯面板

（3）修改Name為sand，修改Density為1500

點擊按鈕Change/Create保存修改，在彈出的對話框中選擇Yes按鈕。

操作過程如圖1-8所示。

圖1-8
修改材料屬性

（4）點擊按鈕Fluent Database…，在FLUENT材料數(shù)據(jù)庫中尋找到材料water-liquid(h2o<l>)，點擊Copy按鈕將其拷貝到材料列表中。

（5）點擊Close按鈕關(guān)閉材料對話框。

Step 5：Cell Zone Conditions設置

（1）點擊模型操作樹節(jié)點Cell Zone Conditions，進入計算域設定面板。

（2）點擊Edit按鈕，進入設定對話框

（3）設定fluid的材料為water-liquid，如圖1-9所示。

圖1-9計算域設置

Step6：Boundary Conditions設置

點擊模型樹節(jié)點Boundary Conditons進入邊界條件設置面板。

1、inlet邊界設置

（1）設置Velocity Magnitude為10m/s

（2）設置Turbulence SpecificationMethod為Intensity and HydraulicDiameter

（3）設置Turbulence Intensity為5%

（4）設置Hydraulic Diameter為0.05

點擊OK按鈕關(guān)閉inlet邊界設置對話框。

2、outlet邊界設置

修改outlet邊界類型為outflow，其它參數(shù)保持默認。

3、wall邊界設置

需要在wall邊界中指定粒子與壁面的碰撞行為。鼠標選擇Zone列表中的wall，點擊下方按鈕Edit…，進入wall邊界設置對話框。

（1）進入DPM標簽頁

（2）設置Discrete Phase ReflectionCoefficients，包括Normal及Tangent

（3）點擊Normal右側(cè)按鈕Edit，彈出如圖1-10所示對話框，按圖中參數(shù)進行設置。

提示：多項式指定方式經(jīng)常會遇到。圖中的多項式指定表達的函數(shù)為：y=0.993-0.0307x+(4.75e-4)x2-(2.61e-6)x3，x為in terms of下的選項，本例中為angle

圖1-10
法向多項式指定