CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合

案例描述:

冷水從主管道流進,285k,而熱水從側管流進,315K。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖1

1、啟動軟件導入網格

啟動ANSYS CFX并導入“InjectMixerMesh.gtm”文件,文章底部有下載鏈接。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖2

2、材料設置

2.1 為了更加準確仿真水溫,需要將水的粘度設置為隨溫度線性變化。

粘度 = 1.8E-03 N s m-2 at T=275.0 K

粘度 =  5.45E-04 N s m-2 at T=325.0 K

在軟件頂部的主菜單中選擇Insert > Expressions, Functions and Variables > Expression,在彈出的命名框中,輸入“Tupper”。在彈出的窗口中的Definition中輸入“325 [K]”,然后關閉此Expression。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖3

同樣操作,建立一個名稱為“Tlower”的Expression,在彈出的窗口中的Definition中輸入“275 [K]”,然后關閉此Expression。

同樣操作,建立一個名稱為“Visupper”的Expression,在彈出的窗口中的Definition中輸入“5.45E-04 [N s m^-2]”,然后關閉此Expression。

同樣操作,建立一個名稱為“Vislower”的Expression,在彈出的窗口中的Definition中輸入“1.8E-03 [N s m^-2]”,然后關閉此Expression。

同樣操作,建立一個名稱為“VisT”的Expression,在彈出的窗口中的Definition中輸入“Vislower+(Visupper-Vislower)*(T-Tlower)/(Tupper-Tlower)”,然后關閉此Expression。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖4

2.2 水物性設置

雙擊water材料,打開設置面板。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖5

在設置面板打開Material Properties按鍵,設置粘度為上面設置的VisT函數。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖6

3、計算域設置

軟件頂部的菜單欄Insert > Domain,命名為“InjectMixer”。

在Basic Settings中設置如下。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖7

在Fluid Models中設置如下: 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖8

4、邊界設置

4.1 側口side inlet進口邊界。操作:菜單欄Insert > Boundary,命名為“side inlet”。

在Boundary Details中設置如下。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖9

4.2 主管main inlet進口邊界。這里介紹CFX的文件數據導入作為邊界速度。操作:Tools > Initialize Profile Data,打開文件夾選擇“InjectMixer_velocity_profile.csv”數據文件,最后點擊OK確認退出即可。

操作:菜單欄Insert > Boundary,命名為“main inlet”

在Basic Settings面板中設置如下。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖10

在Boundary Details面板中設置如下。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖11

在Plot Options設置如下。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖12

此時,可以看到導入的邊界速度數據在main inlet的速度云圖了。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖13

4.3 出口outlet邊界。操作:菜單欄Insert > Boundary,命名為“outlet”。

在Boundary Details面板中設置如下。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖14

5、初始化

操作:菜單欄Insert > lobal Initialization,保留默認設置,點擊OK即可。

6、求解設置

操作:菜單欄Insert > Solver > Solver Control。

在Basic Settings設置如下。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖15

點擊軟件頂部Define Run的快捷按鈕。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖16

命名為“InjectMixer.def”,點擊Save按鈕。在彈出的確認計算界面,點擊star run按鈕開始計算。在這里,迭代50步后并沒有收斂,應該加長迭代步數,這里演示就不繼續計算了,殘差曲線如下。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖17

在計算收斂后彈出的后處理窗口中,勾選如下,進入CFD-Post后處理。

7、后處理

7.1 顯示主管道的流線圖。 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖18

7.2 顯示中間面的溫度分布云圖 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖19

7.3 顯示中間面湍動能(Turbulence Kinetic Energy) 

CFX仿真實例 — 三維管道冷熱水混合的圖20

來源:流體與熱控大本營 作者:曾社

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