驅(qū)動流模擬的案例
OpenFoam之頂蓋驅(qū)動流模擬
對一個(gè)絕熱二維方腔的不可壓縮流算例進(jìn)行前處理、運(yùn)行、以及后處理。幾何如圖所示，方腔所有的邊界都是壁面，頂部壁面以 1m/s 的速度在 x 方向移動，其它壁面均為固定壁面。
開始，我們假定流體為層流，并使用 icoFoam 在一個(gè)均勻網(wǎng)格上求解絕熱不可壓層流。接下來將研究網(wǎng)格非均勻化以及壁面網(wǎng)格非均勻化對計(jì)算結(jié)果的影響。最后，增加雷諾數(shù)，使用另一個(gè)求解器 pisoFoam 來求解絕熱不可壓湍流。
第一步：生成網(wǎng)格
OpenFOAM 采用網(wǎng)格都是三維的 。默認(rèn)情況下， OpenFOAM 在三個(gè)維度上進(jìn)行求解，但是如果指定某些面的邊界（例如垂直于第三個(gè)方向的平面）條件為 empty，那么它就可以用來求解二維算例。
幾何由一個(gè) xy 平面上邊長為 0.1 米的正方形組成，這里幾何體我們稱為cavity。最開始將使用均一的 20*20 網(wǎng)格。block 結(jié)構(gòu)參見圖2-2. 我們采用 OpenFOAM 提供的 blockMesh 來生成網(wǎng)格，它通過讀取指定的字典文件來生成網(wǎng)格，這個(gè)字典文件位于算例文件夾下的 system/ployMesh 9 文件夾下。
blockMeshDict 文件信息如下所示：
文件的第一行到第七行是文件頭信息，然后具體的字典信息通過的 FoamFile 后的 (...) 來指定 10 。這個(gè)文件首先指定各個(gè) block 頂點(diǎn)（vertices）的坐標(biāo)；然后通過頂點(diǎn)編號來定義 block，最后定義邊界面。用戶可以查閱5.3節(jié)來詳細(xì)了解 blockMeshDict 的具體意義。網(wǎng)格通過在這個(gè)算例目錄下運(yùn)行 blockMesh 命令來生成。在算例目錄下，通過在終端簡單地鍵入：
blockMesh
來 完 成，blockMesh 命 令 會 把 運(yùn) 行 的 情 況 輸 出 到 終 端。
展開 【CAE案例】基于二維水動力模型的密度驅(qū)動流模擬
其結(jié)果作為輸運(yùn)模擬的初始狀態(tài)。曼寧系數(shù)為0.022，粘度為0.01 m2/s。輸運(yùn)模擬的初始鹽度的由下式計(jì)算：
其中Li為含鹽水侵入到河流的長度，Reo為入海口處的雷諾數(shù)，F(xiàn)rdo為考慮密度的弗勞德數(shù)。計(jì)算得到的侵入長度為15329 m。入海口處的鹽度為38.5 kg/m3，假設(shè)鹽度沿河道的變化是均勻的，那么初始鹽度分布如下圖所示。
圖10 尼羅河入海口算例的初始鹽度分布圖
圖11為仿真時(shí)間一天后的各工況鹽度分布圖。可以發(fā)現(xiàn)，含鹽水的侵入長度在一天時(shí)間內(nèi)很快變小了。但對比工況A和B，工況A下仍然保持著一個(gè)更大的入侵深度。這說明密度差異帶來的流動更能抵抗上游來水的影響。對于工況C，其結(jié)果與工況A的比較相似。這些分析與前兩個(gè)理論情形算例得到的結(jié)論是一致的。
圖 11 仿真時(shí)間一天后的各工況鹽度分布圖
工況A：只考慮密度驅(qū)動；
工況B：只考慮擴(kuò)散；
工況C：同時(shí)考慮擴(kuò)散和密度驅(qū)動
03 案例總結(jié)
該案例使用二維水動力數(shù)值仿真研究了二維模型下密度分布不均帶來的影響，對比了擴(kuò)散和密度驅(qū)動兩種作用的效果，發(fā)現(xiàn)密度驅(qū)動帶來的效應(yīng)比擴(kuò)散作用更加明顯。
對密度驅(qū)動來說，河道地形也會對結(jié)果造成影響。在該案例中，梯形河道的鹽度分布變化速度要比矩形河道更快。而對于擴(kuò)散而言，兩種河道的差異很小。此外，深水區(qū)的鹽度要比淺水區(qū)要高。在尼羅河入海口算例中，密度差異帶來的流動有效地抵抗了上游來水的影響，使得含鹽水的侵入長度沒有出現(xiàn)大幅的減小。
04 小結(jié)
在氣候變化的大背景下，海平面上升已成事實(shí)，入海口處的鹽平衡將被打破，或?qū)@些區(qū)域的生態(tài)等方面造成較大的影響。該案例展現(xiàn)了通用二維水動力軟件在模擬存在鹽度分布差異的水動力仿真能力，驗(yàn)證了二維水動力在評估海平面上升對入海口區(qū)域的影響的可能性。
展開 基于二維水動力模型的密度驅(qū)動流模擬
該案例展現(xiàn)了通用二維水動力軟件在模擬存在鹽度分布差異的水動力仿真能力，驗(yàn)證了二維水動力在評估海平面上升對入海口區(qū)域的影響的可能性。
文章來源：遠(yuǎn)算云仿真
多相流計(jì)算：重力驅(qū)動流
本案例利用Fluent中的VOF模型仿真計(jì)算重力驅(qū)動下的氣液兩相流動。案例模型來自于STAR CCM+案例文檔。
計(jì)算結(jié)果如下圖所示。
1
案例網(wǎng)格
案例如下圖所示。左側(cè)水相在重力驅(qū)動下向右側(cè)流動。計(jì)算網(wǎng)格如下圖所示。
2
Fluent設(shè)置
2.1 導(dǎo)入網(wǎng)格
以2D、Double Precision模式啟動Fluent
利用菜單File → Read → Mesh...導(dǎo)入網(wǎng)格文件
2.2 General設(shè)置
雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)General，右側(cè)面板設(shè)置激活選項(xiàng)Transient
激活選項(xiàng)Gravity，設(shè)置重力加速度為Y方向-9.81 m/s2
點(diǎn)擊按鈕Scale...，打開網(wǎng)格縮放對話框，激活選項(xiàng)Specify Scaling Factors，設(shè)置縮放因子為1000，點(diǎn)擊按鈕Scale縮放網(wǎng)格
2.3 Models設(shè)置
右鍵選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Models > Viscous，點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)Model → Realizable k-epsilon激活湍流模型
雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Models > Multiphase，彈出對話框中激活Volume of Fluid，激活選項(xiàng)Implicit Body Force，其他參數(shù)如下圖所示進(jìn)行設(shè)置
2.4 Materials設(shè)置
從材料庫中添加材料water-liquid，采用默認(rèn)材料參數(shù)
添加完畢后模型樹節(jié)點(diǎn)如下圖所示。
2.5 設(shè)置相
設(shè)置水為主相，空氣為第二相。
展開 
煙囪效應(yīng)：浮力驅(qū)動流
很多燃燒裝置，例如火電廠鍋爐（圖1，圖2）、家庭中的壁爐（圖3），甚至是火鍋（圖4），都配有煙囪用于排放煙氣。
圖1 內(nèi)蒙古托克托火電廠的煙囪。
（https://max.book118.com/html/2016/0509/42407472.shtm）
圖2 火電廠示意圖。
（http://www.electricaleasy.com/2015/08/thermal-power-plant.html）
圖3 家用壁爐及其煙囪的構(gòu)造。
（http://heatshieldchimney.com/smoke-chamber-repair/）
圖4 滿族烏拉火鍋。有著很長很長的煙囪。（http://blog.sina.com.cn/s/blog_49bc95ac010007x8.html）
煙囪通常都做得很高。世界上最高的煙囪是哈薩克斯坦埃基巴斯圖茲GRES-2火電廠的煙囪，高達(dá)420米（圖5）。
圖5 哈薩克斯坦埃基巴斯圖茲GRES-2火電廠的煙囪高達(dá)420米，是世界上最高的煙囪。
（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GRES-2.jpg）
為什么煙囪要做得這么高呢？這是由煙囪的工作原理決定的（圖6）。我們知道，靜止流體中的壓強(qiáng)等于流體密度ρ、重力加速度g以及深度h三者的乘積：
p=p0+ρgh （1）
式中的p0為參考點(diǎn)（即h=0處）的壓強(qiáng)。
在煙囪頂部出口處，煙囪內(nèi)、外的壓強(qiáng)是相等的。圖6中標(biāo)出的數(shù)值是一個(gè)高度300m的煙囪的近似數(shù)值，在煙囪頂部出口處，壓強(qiáng)約為97kPa。以這個(gè)位置為參考點(diǎn)（即認(rèn)為這個(gè)地方h=0），則p0=97kPa。如果從參考點(diǎn)向下移動，則壓強(qiáng)會增加，具體增加多少則按照公式（1
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——頂蓋驅(qū)動方腔流
本算例是為了驗(yàn)證STAR CCM對于方腔流動的模擬性能。模型是一個(gè)二維邊長1m的正方形。各邊界條件如圖所示:
1，新建項(xiàng)目，導(dǎo)入網(wǎng)格，保存為cavityQuad.ccm。
2，查看導(dǎo)入網(wǎng)格，可以直接點(diǎn)擊工具欄中“show all mesh”(如下圖所示)，也可以在場景里顯示出來，沒具體操作步驟：右擊 Scenes，選擇New Scene > Mesh
3，選擇計(jì)算模型，選擇 Continua > Physics 1 > model，按照如下圖所示，選擇模型和材料
4，設(shè)置材料屬性。在如上圖所示的對話框內(nèi)，選擇Continua > Physics 1 > Models > Liquid > H2O > Material Properties，Density 修改為1.0 kg/m^3，Dynamic Viscosity修改為2.0E-4 Pa-s。
5，邊界條件設(shè)置。將左側(cè)，右側(cè)和底部的邊界合并（按住Ctrl，選擇三個(gè)邊界，右擊選擇Combine），將合并后的邊界命名為Stationary Wall，上壁面改名為“Moving Wall”
6，求解的可視化。STAR CCM提供了在求解問題過程中的變量的可視化，這些畫面可以隨著時(shí)間步或者迭代步不斷更新。本算例是為了觀測求解過程中速度的矢量變化圖，右擊Scenes選擇New Scene > Vector。
7，新建繪圖的線。為了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，需要設(shè)置與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對應(yīng)的線。右擊Derived Parts， 選擇 New Part > Probe > Line，設(shè)置point1和point2的數(shù)值，并將零部件重命名為Simulation (U)。
展開 OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側(cè) ￥120
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側(cè)
基于Comsol的MHD磁流體驅(qū)動微通道散熱
</p><p> 另外也有海水磁流體推進(jìn)器，磁場能對導(dǎo)電的海水產(chǎn)生電磁力作用，使之在通道內(nèi)運(yùn)動，若運(yùn)動方向指向船艉，則反作用力便會推動船舶前進(jìn)。</p><p><em> 簡化后磁流體動力系統(tǒng)如下圖所示，施加電流于兩個(gè)磁體之間通道中導(dǎo)電流體，在磁場作用下引起流動變化。</em></p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202109/imgs/79db79d6ef0f412faf82862b1b1d0026.png"></p><p><br></p><p><em> 此次采用磁流體動力系統(tǒng)對微流體部件的散熱進(jìn)行分析。通過控制磁場的大小和方向，可以看到微流道末端的溫度發(fā)生改變。</em></p><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202109/1b8640c3d499445a87ddca8a0def7eca.gif" title="Untitled.gif" alt="Untitled.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202109/1b8640c3d499445a87ddca8a0def7eca.gif?
展開 LS-Dyna ICFD不可壓縮流心臟瓣膜模擬 ￥199
隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算效率的提高，LES 模型已經(jīng)成為一種流行的技術(shù)，以模擬湍流模型。這些模 型基于以下的假設(shè)：大渦旋包含流動的大部分動能并且取決于幾何形狀，而較小的渦旋被認(rèn)為更通用且獨(dú) 立于流動的幾何形狀。因此，LES 模型將對流動應(yīng)用濾波器，直接解決大渦流，同時(shí)模擬較小的渦流。
圖 5 ICFD湍流模型
3. LS-DYNA ICFD 心臟瓣膜模擬
3.1模型介紹
本血流動力學(xué)實(shí)例突出了 ICFD 求解器的最強(qiáng) FSI 能力。由于壓力差，心臟瓣膜小葉打開以允 許血液流動。然后，強(qiáng)烈的反壓迫使它們再次關(guān)閉，血流量減少。本案列中對于瓣膜和血管壁均采用超彈性材料模型，難點(diǎn)在于當(dāng)瓣膜在壓力驅(qū)動下張開時(shí)，會帶動流體網(wǎng)格產(chǎn)生較大的變形，通常為避免網(wǎng)格拉扯出現(xiàn)負(fù)體積，一般結(jié)合動網(wǎng)格，例如Comsol動網(wǎng)格。但即便如此，仍會存在無法繼續(xù)計(jì)算的問題，下圖6展示為Comsol拉普拉斯動網(wǎng)格模型，并當(dāng)網(wǎng)格質(zhì)量較差時(shí)，打開網(wǎng)格重新劃分，但是即使這樣，當(dāng)變形較大時(shí)，計(jì)算仍然停止了，上文介紹的ICFD網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)能夠很好的彌補(bǔ)這點(diǎn)缺陷。
注：Comsol依然強(qiáng)大，只是本人找不到合適的方法，在此沒有說明Comsol軟件能力弱
圖 6 Comsol動網(wǎng)格及網(wǎng)格重新劃分心臟瓣膜模擬
3.2模擬結(jié)果展示
圖 7 心臟瓣膜網(wǎng)格自動剖分展示
圖 8 心臟瓣膜仿真流場壓力展示
圖 9 心臟瓣膜打開模擬
展開 電驅(qū)動丨高速球軸承噴油潤滑流場特性研究
對于計(jì)算模型前后截面,為了使模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確,預(yù)先計(jì)算該模型內(nèi)氣相流動規(guī)律,將前截面設(shè)置為壓力出口,后截面設(shè)置為壓力入口,其流動規(guī)律如圖4所示。將軸承腔內(nèi)氣相流動得到的前后截面壓力作為油氣兩相計(jì)算模型的壓力邊界條件。
2 結(jié)果討論
2.1 軸承腔體內(nèi)潤滑介質(zhì)流場分布
對于噴油潤滑,潤滑油從噴嘴出口到軸承接觸區(qū)的流動過程中,流動軌跡以及在內(nèi)圈、滾動體、保持架等旋轉(zhuǎn)間隙內(nèi)的流場分布情況是影響高速軸承潤滑性能的關(guān)鍵。例如早期的J42型航空發(fā)動機(jī)主軸軸承DN值僅為6×105 mm·r/min。隨著航空發(fā)動機(jī)技術(shù)進(jìn)步,現(xiàn)有航發(fā)主軸軸承DN值已達(dá)2×106～3.5×106 mm·r/min。對此,本文研究了不同轉(zhuǎn)速下(DN值為4.25×105～2.125×106 mm·r/min)噴油潤滑油進(jìn)入軸承腔后的分布情況,如圖5所示。
展開 基于LSDYNA的流固耦合模擬滑坡/泥石流ALE與結(jié)構(gòu)FEM之間的撞擊 ￥150
任意拉格朗日-歐拉法結(jié)合了兩種計(jì)算方法的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算的過程中可實(shí)時(shí)調(diào)整網(wǎng)格，適用于大變形材料的計(jì)算模擬。
本文的計(jì)算采用LS-DYNA平臺，將滑坡體的運(yùn)動采用ALE的方法模擬，樁體采用FEM的方法模擬。
以下為模擬的案例：
無結(jié)構(gòu)阻擋得模擬結(jié)果：
編輯
跳轉(zhuǎn)
有結(jié)構(gòu)物耦合作用的：
【年終系列實(shí)例EX7】單相射流泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬計(jì)算
單相射流泵內(nèi)部流場數(shù)值模擬計(jì)算
1 實(shí)例說明
如圖1所示的射流泵，包括動力入口、吸入口與出口。已知泵動力入口速度1.66m/s，吸入口速度0.49m/s，出口壓力0.042MPa，研究其內(nèi)部流場分布及泵效率。
圖1射流泵計(jì)算模型
2 計(jì)算網(wǎng)格
在workbench中構(gòu)建計(jì)算流程，采用ICEM CFD進(jìn)行網(wǎng)格劃分。計(jì)算流程如圖2所示。
圖2計(jì)算流程
網(wǎng)格劃分過程這里不詳細(xì)描述，建議使用ICEM CFD劃分全六面體網(wǎng)格。這里僅為演示，因此劃分四面體網(wǎng)格。劃分后的計(jì)算網(wǎng)格如圖3所示。
圖3生成計(jì)算網(wǎng)格
3 計(jì)算設(shè)置
FLUENT中的設(shè)置包括以下內(nèi)容，下面以圖形顯示各重要設(shè)置選項(xiàng)。
圖4采用壓力基求解
圖5采用Realizable K-E湍流模型
圖6添加工作介質(zhì)為water-liquid
圖7設(shè)置計(jì)算域中介質(zhì)為water-liquid
圖8設(shè)置動力入口邊界條件為速度入口，設(shè)置速度1.66m/s
圖9設(shè)置吸入口速度0.49m/s
圖10設(shè)置出口邊界壓力0.042MPa
圖11壓力速度耦合采用Coupled算法
圖12初始化求解
圖13設(shè)置迭代500步
4 計(jì)算結(jié)果分析
4.1 各種物理量查看
圖 14速度云圖
圖 15壓力云圖
4.2 效率計(jì)算
定義射流泵效率計(jì)算方式：
式中，q3為吸入口流量，P2為出口壓力，P3為吸入口壓力， q1為動力液入口流量，P1為動力入口壓力。
圖 16質(zhì)量流量統(tǒng)計(jì)
查看各邊界質(zhì)量流量，如圖16可知，q1=3.24kg/s，q2=4.46kg/s，q3=1.227kg/s。
展開 【降落傘數(shù)值模擬】超音速降落傘流固耦合數(shù)值模擬
可利用XFlow軟件模擬流體運(yùn)動，Abaqus軟件模擬降落傘的受力和運(yùn)動，兩者結(jié)合來模擬真實(shí)情況下超音速降落傘的流固耦合運(yùn)動。 下圖為數(shù)值模擬結(jié)果。
（1）當(dāng)馬赫數(shù)為1.5時(shí)，超音速降落傘流固耦合數(shù)值模擬渦量變化結(jié)果：
（2）當(dāng)馬赫數(shù)為0.3時(shí)，超音速降落傘流固耦合模擬結(jié)果流場變化結(jié)果：
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[模擬實(shí)例]440t循環(huán)流化床-燃燒-3維全尺寸模擬 ￥2000
440t循環(huán)流化床-燃燒-3維全尺寸模擬，難點(diǎn)：循環(huán)物質(zhì)從出口逃逸的量=循環(huán)物質(zhì)從入口增加的量，通過UDF實(shí)現(xiàn)，保持內(nèi)部循環(huán)粒子守恒
溫度場：
濃度場：
視頻：溫度場
濃度場
本例子出售，價(jià)格2000元，有意者QQ 103614652
本人承接學(xué)生課題，碩士課題 5000元起步 ，博士課題 10000元起步，視難度增加費(fèi)用。 如果你覺得價(jià)格高，請勿擾，非常感謝！
壓電驅(qū)動風(fēng)機(jī)葉片的模擬 ￥20
問題描述
一壓電驅(qū)動的風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)如下，分析其模態(tài)及在115伏60Hz下的響應(yīng)。
壓電驅(qū)動風(fēng)機(jī)葉片真實(shí)模型
壓電驅(qū)動風(fēng)機(jī)葉片幾何模型
模態(tài)分析
設(shè)置各個(gè)部件的材料屬性，尤其壓電材料。在Engineering Data中，創(chuàng)建新的材料命名為“Piezo”，密度輸入為7500kg m^-3，以表格的形式輸入壓電材料的各向異性彈性模量。
對兩塊壓電晶片零件賦予Piezo材料屬性，同時(shí)在Piezo2 body頂部上建議一個(gè)y軸反轉(zhuǎn)的局部坐標(biāo)系作為壓電極化方向。
設(shè)置面尺寸及體尺寸，網(wǎng)格劃分如下：
在分析設(shè)置明細(xì)中Options的Max Modes to Find輸入3，其余保持默認(rèn)；FR4板上的兩圓孔面施加固定約束。
插入Piezoelectric Body對兩壓電晶片零件添加壓電屬性如下：
插入Voltage對下面的壓電晶片底部添加0電壓值；同時(shí)對兩壓電晶片零件的接觸面添加Voltage Coupling。
求解得到前三階頻率為60Hz、340Hz、352Hz，振型如下：
諧響應(yīng)分析
諧響應(yīng)分析的邊界條件在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上，再在上部壓電晶片部件的頂面添加電壓115V
采用完全法進(jìn)行分析，掃頻范圍為59Hz到61Hz，間隔為20；剛度系數(shù)通過阻尼vs頻率添加，頻率60Hz時(shí)對于阻尼系數(shù)為0.01.
求解得到壓電風(fēng)機(jī)葉片尖端的頻域響應(yīng)，右擊頻域響應(yīng)結(jié)果，選擇create contour result，創(chuàng)建最大振幅對應(yīng)的位移結(jié)果。
展開 