明渠流動的案例
【多相流】VOF中的明渠流動（9）
利用VOF公式和明渠邊界條件，Fluent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構)的影響進行模擬。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用和通過排水系統的水流分析。明渠流動的特征受無量綱數弗勞德數控制，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：
根據弗勞德數，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
與明渠流動相關的每個相的質量流量定義為：
1.3 Volume Fraction Specification
在明渠流動中，Fluent根據邊界條件對話框中指定的輸入參數在內部計算體積分數，因此該選項已被禁用。對于亞臨界進口流動(Fr < 1)，Fluent利用鄰近單元的數值重建邊界上的體積分數值。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數的節點值。
使用內插的節點值在邊界的每個面計算體積分數。 對于超臨界進口流動(Fr > 1)，邊界上的體積分數值可以用自由表面距底部的固定高度來計算。
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
使用Fluent進行船體CFD瞬態仿真 ￥5
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，而使用動態網格對 wigley 船體的運動進行建模。使用用戶定義函數 (UDF) 將運動限制為 4 個自由度 (DOF)。為了避免出口處的數值反射（非物理結果/波浪反射），使用了數值海灘選項。 Fluent 案例文件供下載。
交付文件（2）
file-1546630571020
.gz
file-1549623001594
.c
關于耦合流動定律的簡介
當多孔介質中的流動速度由慢速流變為快速流時，流動的性質是如何變化的？對這一問題的了解在很多環境學的案例中是很重要的，并且與很多實際問題有關。這種流動形態可能出現在河灣，河口，井筒，洞穴，熔巖管等案例中。
一般來說，對于這種過渡流動的模擬，屬于需要自編程序計算的領域，因為轉換不同的流動定律就需要轉換不同的數學表達式。Darcy定律描述多孔介質中與管道有一定距離的慢速流動；Navier-Stokes方程應用于自由流動或明渠流動；在這兩者之間，存在多孔介質流，而其內剪切力不可忽略，就需要應用Brinkman或
Forcheimer方程。本例展示了如何應用地球科學模塊內建的方程組來模擬這一流態轉換過程。
本算例模擬了石油流向并流入一個孔井的流態轉換過程。首先，用耦合Darcy定律與Brinkman方程的方法，分析了多孔介質中的流動及其加速進入井筒的過程。然后，用耦合Darcy-Brinkman模型與Navier-Stokes方程的方法，模擬了進入井筒和其后的流體運動。與直覺相反，我們知道瞬態的Brinkman方程和Navier-Stokes方程相對來說比較容易求解。而本例采取的是穩態系統求解分析。
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技術精選案例第四期之#Ansys.Fluent#的精華內容
FLUENT明渠邊界應用
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選項進行邊界消波處理。想深入了解此功能的童鞋們，可以閱讀本文——由張懷文分享的案例。該文將以一個簡單的實例來說明這三個選項的使用方法。
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CFD|大壩設計穩定性評價
如潰壩、泄洪、排澇等
明渠流動廣泛應用于天然河流、人工河道和專業水工建筑物中，在與明渠有關的水力學設計中，明渠斷面形狀、渠道形狀、底坡和渠道粗糙度應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的輸水能力。
其次，在滿足基本水力設計的基礎上，要滿足水閘、大壩、堰和泄水建筑物中水流的穩定流態，并盡量控制偏斜、脫墻、回流和渦流等不利流態。
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實際情況進行修改
三維地形可以通過midas GTS NX獲取
從圖中可以看出，洪峰在16s達到監測點
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到達監測點
監測面最大平均壓力約為0.3MPa
水位線高程可以導出為TXT文本，并在其他繪圖軟件中繪制
文章來源：midas機械事業部
展開 FLUENT中應用Open Channel Flow
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，水面標高0m。計算域如圖1所示。設置左側面為速度入口邊界，速度v=0.5m/s，右側面為自由出流邊界。采用open channel wave BC邊界需要設定入射波。本問題中，設定波高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置Analysis Type為2D。雙擊A2單元格進入DM模塊。
圖2 加入fluent模塊
3、DM中建立幾何
選擇XYPlane進行草圖繪制（注意2D幾何必須創建與XY平面上）。進入Sketching標簽頁，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創建surface。退出DM模塊。
圖3 建立surface
4、劃分網格
雙擊圖2所示的A3單元格進入mesh模塊。為計算域劃分網格。在樹形菜單上點擊右鍵，選擇insert > Mapped Face Meshing，選擇幾何體，采用map方式劃分網格。
展開 FLUENT明渠邊界應用
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，水面標高0m。計算域如圖1所示。設置左側面為速度入口邊界，速度v=0.5m/s，右側面為自由出流邊界。采用open channel wave BC邊界需要設定入射波。本問題中，設定波高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置Analysis Type為2D。雙擊A2單元格進入DM模塊。
圖2 加入fluent模塊
3、DM中建立幾何
選擇XYPlane進行草圖繪制（注意2D幾何必須創建與XY平面上）。進入Sketching標簽頁，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創建surface。退出DM模塊。
圖3 建立surface
4、劃分網格
雙擊圖2所示的A3單元格進入mesh模塊。為計算域劃分網格。在樹形菜單上點擊右鍵，選擇insert > Mapped Face Meshing，選擇幾何體，采用map方式劃分網格。
展開 四十三、Fluent增強收斂性-偽瞬態計算
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學習筆記，歡迎大家關注，可免費獲取文章的cas及dat文件和更多幫助文件</p><p><br></p>
展開 fluent一些參考資料
287906/Gambit2.1Documentation.part1.rar.html
http://cn.ziddu.com/download/287907/Gambit2.1Documentation.part2.rar.html
http://cn.ziddu.com/download/287911/Gambit2.1Documentation.part3.rar.html
http://cn.ziddu.com/download/287913/Gambit2.1Documentation.part4.rar.html
http://cn.ziddu.com/download/287914/Gambit2.1Documentation.part5.rar.html
http://cn.ziddu.com/download/287915/Gambit2.1Documentation.part6.rar.html
GAMBIT用戶手冊
http://cn.ziddu.com/download/289592/GAMBIT_1.rar.html
GAMBIT培訓資料
http://cn.ziddu.com/download/289593/GAMBIT.rar.html
計算流體動力學分析-CFD軟件原理與應用
http://cn.ziddu.com/download/293443/1.rar.html
FLUENT：流體工程仿真計算機實例與應用_韓占忠等
http://cn.ziddu.com/download/293452/1.rar.html
FLUENT技術基礎與應用實例
http://cn.ziddu.com/download/293453/1.rar.html
水沸騰算例
http://cn.ziddu.com/download/319956/water.rar.html
明渠流動
展開 關于ANSYS 18.2
VOF模型
在兩層假設下，所有適用的邊界都支持一個包含兩個以上相的明渠流動。
歐拉模型
對于雙精度運行的混合多相模擬，您現在可以為解決phase-specific方程如組分和UDS的矩陣求解極限指定最小體積分數。
對于歐拉和混合多相情況，現在可以使用多個傳質機制在相同的模擬中模擬以下傳質效應：
空化與物種質量轉移
不同模型和模型常數的空化傳質
電勢模型
現在可以指定單邊墻和雙面內壁的接觸電阻。
現在可以固定一個電勢值，并在一個區域中指定一個潛在的源相。
噪聲模型
現在可以繪制和寫入外部文件，從噪聲源FFT對話框中獲得區域平均表面壓力值。
Cell Zones和邊界條件
出口校正的質量流量設定方法現在可以作為質量流量出口邊界條件。這種方法主要用于旋轉機械的應用。它將質量流量調節到出口的總條件，并允許掃略過整個機器的工作范圍，包括從壅塞流到失速狀態的機器工作點。
當定義壓力出口時，現在可以指定一個使表壓倍增的系數。這主要是用來當表壓是由一個profile文件或udf函數的定義時，它可以很容易地縮放（例如，創建一個不同的質量流率的渦輪機性能圖時）。
在單元區內固定不同方向速度大小分量現在與基于壓力的耦合求解器相兼容。
并行計算
加速離散坐標（DO）求解現在可以在Windows上使用并且支持串行計算。
數據輸入輸出
一種新的TUI文本命令（file/set-tui-version）允許用來指定journal文件創建的Fluent版本。
當記錄journal文件時，使用老版本Fluent路徑輸入的命令將被升級到當前的journal文件路徑。
展開 
fluent14.5新功能
VOF
靜水壓力profile可以用于非開放明渠流動中
變化的表面張力能力能夠與CSF模型一起使用
對于設計移動的網格或移動參考系（MRF），用戶可以使用Relative Velocity Resistance Formulation選項以更好的預測多孔介質源
用戶現在可以通過線性/非線性波疊加的方法生成隨機/規則的波
用戶現在可以使用Solitar/Cnoidal波理論生成包含有限波幅的淺水波
歐拉多相流模型
Grace等及Tomiyama等的阻力模型在混合多相流及歐拉多相流中已經被實現
在使用mixture及歐拉多相流中可以使用阻力修正因子。阻力修正因子能夠給予Brucato修正、UDF或常量來實現。
附加的升力模型被增加到歐拉多相流中。saffman-mei及Legendre-Magnaudet模型被引入。
當使用歐拉多相流模型時，現在可以包含壁面潤滑力了
在使用歐拉多相流時，對于湍流彌散提供了附加模型。
當使用mixture模型時，粘性對話框中Turbulent Drift Force被更名為Mixture Drift Force。
加入新的模型計算多相湍流模型中的分散相影響。
用于相間熱傳遞的Tomiyama模型被添加至歐拉多相流模型中
在使用歐拉多相流模型時，用戶可以選擇代數模型計算界面區域。
當使用歐拉多相流用于兩相氣液流動時，可以使用degassing邊界條件了。
展開 CFD專欄丨nanoFluidX 單相流和兩相流模型如何選擇？
低速流動的自由液面場景往往是可以采用單相流模型的，比如：車輛涉水分析，油箱晃動，水渠流動等。
在2021.2版本中nanoFuidX增加了一個新的Tartakovsky表面張力模型，改善了單相流的液滴仿真。
