明渠
關(guān)注創(chuàng)建者：蘭斌 創(chuàng)建時間：2019-10-04
明渠的視頻教程
Fluent專家-流動-6-FLUENT明渠流動案例（Open Channel Flow）
Fluent專家-流動-6 (FLUENT明渠流動案例（Open Channel Flow）) 案例簡介 ??? 模型如下圖所示，水深2.7m，長度20m，水面標(biāo)高0m。計算域如圖1所示。設(shè)置左側(cè)面為速度入口邊界，速度v=0.5m/s，右側(cè)面為自由出流邊界。采用open channel wave BC邊界需要設(shè)定入射波。
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基于VOF多相流模型的3D明渠流動
fluent多項流VOF模型仿真基本通用流程，VOF模型介紹，參數(shù)介紹； 多項流參數(shù)設(shè)置注意事項，常見報錯問題分析解決； meshing網(wǎng)格劃分過程； CFD-POST后處理過程； 提供源文件與答疑過程；
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明渠的實例教程
利用VOF公式和明渠邊界條件，F(xiàn)luent可以對明渠流動(如河流、大壩和無邊界河流中的表面凸起結(jié)構(gòu))的影響進(jìn)行模擬。這些流動涉及在流動的流體和它上面的流體之間存在一個自由表面(一般是大氣)。在這種情況下，波的傳播和自由表面的行為變得重要。流體一般受重力和慣性的作用。這一特性主要適用于海洋應(yīng)用和通過排水系統(tǒng)的水流分析。明渠流動的特征受無量綱數(shù)弗勞德數(shù)控制，其定義為慣性力與靜水壓力之比。
其中，V是速度，g是重力加速度，y是長度尺度，在本例中，y是渠道底部到自由表面的距離。方程18.36中的分母是波的傳播速度。由固定觀察者所看到的波速被定義為：
根據(jù)弗勞德數(shù)，明渠流動可分為以下三類:
1 上游邊界條件
對于明渠流動的上游邊界條件，有兩種選擇:
pressure inlet
mass flow rate
1.1 pressure inlet
入口處的總壓可以表示為：
1.2 mass flow rate
與明渠流動相關(guān)的每個相的質(zhì)量流量定義為：
1.3 Volume Fraction Specification
在明渠流動中，F(xiàn)luent根據(jù)邊界條件對話框中指定的輸入?yún)?shù)在內(nèi)部計算體積分?jǐn)?shù)，因此該選項已被禁用。對于亞臨界進(jìn)口流動(Fr < 1)，F(xiàn)luent利用鄰近單元的數(shù)值重建邊界上的體積分?jǐn)?shù)值。這可以通過以下程序來完成:
使用單元值計算邊界處體積分?jǐn)?shù)的節(jié)點值。
使用內(nèi)插的節(jié)點值在邊界的每個面計算體積分?jǐn)?shù)。 對于超臨界進(jìn)口流動(Fr > 1)，邊界上的體積分?jǐn)?shù)值可以用自由表面距底部的固定高度來計算。
展開 ANSYS FLUENT之明渠流模型
定義
明渠流是一種具有自由表面，直接依靠重力作用而產(chǎn)生的流動（又稱無壓流）。
特點
具有自由液面，重力對流動起主導(dǎo)作用；
底坡的變化對斷面的流速、水深有直接影響；
水深在流程中會發(fā)生變化，不可能產(chǎn)生非恒定的均勻流。
分類
自然：河流，河口，海洋
人工：用于灌溉溝渠
波浪類型
深水波：深水波是指水深大于半個波長處的波浪。其水面附近的水質(zhì)點運(yùn)動比較顯著，水質(zhì)點運(yùn)動近似為一圓形，而波動隨深度的增加而逐漸微弱甚至靜止。其傳播速度只取決于波長，而與水的深度無關(guān)。
淺水波：淺水波是指水深h相對波長λ很小時（一般取h<1/20λ)的波動，又稱長波。傳播速度與波長無關(guān)，僅決定于水深。
幾種波浪模型
一階Airy線性波
高階Stokes非線性波
非線性橢圓余弦波/孤立波
FLUENT明渠流模型
波浪模型引入
Fluent中波浪模型，通過在VOF模型中激活
波浪模型包括：
一階Airy波
高階Stokes波
高階橢圓余弦波/孤立波
波浪譜（不規(guī)則波）
Pierson-Moskowitz譜
Jonswap譜
TMA譜
通過入口速度邊界條件面板可選擇不同的波浪模型。
數(shù)值消波
波浪模型最常見的問題之一是對下游邊界的數(shù)值模擬。通過設(shè)置
Numerical beach（數(shù)值海灘）通過在動量方程中增加阻尼項，可以有效降低從壓力出口邊界產(chǎn)生的數(shù)值反射。
在Cell Zone Conditions面板中可激活Numerical beach模型。
展開 明渠流動的VOF模型模擬 ￥2
明渠流動的VOF模型模擬
cas 和dat
FLUENT的VOF模型中，包含有明渠流動（Open Channel Flow）選項，同時含包含有造波邊界（Open Channel Wave BC），用戶還可以使用Numerical Beach選項進(jìn)行邊界消波處理。想深入了解此功能的童鞋們，可以查看fluent文檔。這里我們以一個簡單的實例來說明這三個選項的使用方法。
1、問題描述
這里方便起見，以2D問題為例。水深2.7m，長度20m，水面標(biāo)高0m。計算域如圖1所示。設(shè)置左側(cè)面為速度入口邊界，速度v=0.5m/s，右側(cè)面為自由出流邊界。采用open channel wave BC邊界需要設(shè)定入射波。本問題中，設(shè)定波高0.4m，波長2m，波頭角0°，相位角-270°。
圖1 問題描述
2、在workbench中建立模型
啟動workbench，拖拽方式加入fluent模塊，如圖2所示。右鍵點擊A2單元格，選擇Properties，在彈出的屬性框中設(shè)置Analysis Type為2D。雙擊A2單元格進(jìn)入DM模塊。
圖2 加入fluent模塊
3、DM中建立幾何
選擇XYPlane進(jìn)行草圖繪制（注意2D幾何必須創(chuàng)建與XY平面上）。進(jìn)入Sketching標(biāo)簽頁，選取合適的草圖繪制工具，繪制如圖1所示的幾何。草圖繪制完畢后，選擇Concept > Surface From Sketches，選擇Base Objects為繪制好的草圖，點擊Generate創(chuàng)建surface。退出DM模塊。
圖3 建立surface
4、劃分網(wǎng)格
雙擊圖2所示的A3單元格進(jìn)入mesh模塊。為計算域劃分網(wǎng)格。在樹形菜單上點擊右鍵，選擇insert > Mapped Face Meshing，選擇幾何體，采用map方式劃分網(wǎng)格。
展開 如潰壩、泄洪、排澇等
明渠流動廣泛應(yīng)用于天然河流、人工河道和專業(yè)水工建筑物中，在與明渠有關(guān)的水力學(xué)設(shè)計中，明渠斷面形狀、渠道形狀、底坡和渠道粗糙度應(yīng)滿足最佳水力斷面和無沖淤流速的要求，以滿足河流或渠道系統(tǒng)的輸水能力。
其次，在滿足基本水力設(shè)計的基礎(chǔ)上，要滿足水閘、大壩、堰和泄水建筑物中水流的穩(wěn)定流態(tài)，并盡量控制偏斜、脫墻、回流和渦流等不利流態(tài)。
對于泄水建筑物，還需要保證下游水流的連接形式和不同連接形式的消能方式，以減少回流和涌浪的影響。
part2 示例
該模型假設(shè)上游水是固定的，沒有額外的水源
入口邊界條件也可以根據(jù)實際情況進(jìn)行修改
三維地形可以通過midas GTS NX獲取
從圖中可以看出，洪峰在16s達(dá)到監(jiān)測點
假如這里有建筑物，可以提取建筑物上水流的壓力
part3.模型簡化分析方法-2D Dam Break
從圖中可以看出，洪峰在1.4s到達(dá)監(jiān)測點
監(jiān)測面最大平均壓力約為0.3MPa
水位線高程可以導(dǎo)出為TXT文本，并在其他繪圖軟件中繪制
文章來源：midas機(jī)械事業(yè)部
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明渠的最新內(nèi)容
流體體積或 VOF 模型用于求解此明渠流動示例。在此示例中，使用明渠波浪邊界條件生成淺層波浪，而使用動態(tài)網(wǎng)格對 wigley 船體的運(yùn)動進(jìn)行建模。使用用戶定義函數(shù) (UDF) 將運(yùn)動限制為 4 個自由度 (DOF)。為了避免出口處的數(shù)值反射（非物理結(jié)果/波浪反射），使用了數(shù)值海灘選項。 Fluent 案例文件供下載。
在排放口處修建的明渠式測流段要符合流量堰（槽）的技術(shù)要求。以上方法均可選用，但在選定方法時，應(yīng)注意各自的測量范圍和所需條件。在以上方法無法使用時，可用統(tǒng)計法。
如潰壩、泄洪、排澇等
明渠流動廣泛應(yīng)用于天然河流、人工河道和專業(yè)水工建筑物中，在與明渠有關(guān)的水力學(xué)設(shè)計中，明渠斷面形狀、渠道形狀、底坡和渠道粗糙度應(yīng)滿足最佳水力斷面和無沖淤流速的要求，以滿足河流或渠道系統(tǒng)的輸水能力。
其次，在滿足基本水力設(shè)計的基礎(chǔ)上，要滿足水閘、大壩、堰和泄水建筑物中水流的穩(wěn)定流態(tài)，并盡量控制偏斜、脫墻、回流和渦流等不利流態(tài)。
明渠流動問題，推薦使用Coupled with Volume Fractions耦合求解</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p>微信公眾號：Fluent學(xué)習(xí)筆記，歡迎大家關(guān)注，可免費(fèi)獲取文章的cas及dat文件和更多幫助文件</p><p><br></p>
油罐車液體晃動（單相流模型）
車輛涉水（單相流模型）
明渠流動
01 概要
雖然在具有規(guī)則幾何形狀的明渠中，二次流的識別可能是明確直接的，但是在邊界松散和不規(guī)則的自然河道，情況并非如此。事實上，由于平面形狀不斷變化，河床地形多變，天然曲流河道的水動力學(xué)相當(dāng)復(fù)雜。流場是三維的并且會在蜿蜒流的每個截面中產(chǎn)生橫向流動。
本文用TELEMAC-3D簡要分析了在阿根廷Colastiné河出口處測得的橫流特性，該處水流分為兩條幾乎成T形的分流。
03 技術(shù)特色
04 操作步驟
05 產(chǎn)品優(yōu)勢
遠(yuǎn)算短視頻水流測速APP，可靈活應(yīng)用于明渠量水、水文測驗與河道測流，應(yīng)用場景廣泛，具備成熟技術(shù)支撐，測量結(jié)果精準(zhǔn)，只需使用手機(jī)拍攝即可完成測速。
如需試用web端，復(fù)制鏈接至瀏覽器打開即可！
02 技術(shù)特色
03 操作步驟
第一步：上傳視頻——隨手拍攝，一鍵上傳
第二步：參數(shù)標(biāo)定——四點校準(zhǔn)，正射校正
第三步：計算流速——秒算結(jié)果，可視云圖
04 產(chǎn)品優(yōu)勢
遠(yuǎn)算短視頻水流測速APP，可靈活應(yīng)用于明渠量水、水文測驗與河道測流，應(yīng)用場景廣泛，具備成熟技術(shù)支撐，測量結(jié)果精準(zhǔn)，只需使用手機(jī)拍攝即可完成測速。
05 使用方式
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因此可以假設(shè)可以在壁面附近獲得統(tǒng)一的速度分布行為，與是否存在平板明渠流、雷諾數(shù)等無關(guān)。
下一個目標(biāo)就是在無量綱變量基礎(chǔ)上找到統(tǒng)一的流動行為。
對超聲波液位計來說，會造成虛假液位，嚴(yán)重時引起泵的空轉(zhuǎn)；污水處理站總排口采用明渠流量計的，可能會造成總排口污水流量的誤差。
2、影響環(huán)境
大量的生物泡沫產(chǎn)生后，蔓延到走道板上，影響正常的維護(hù)。生物泡沫冬可能會結(jié)冰，清理較困難；夏天會遇風(fēng)飄蕩，形成不良?xì)馕叮瑖?yán)重污染環(huán)境。
