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2019-03-15 by:CAE仿真在线 来源:互联网
本案例利用Fluent中的凝固/熔化模型计算汽车风挡除霜过程。
在案例中考虑以下问题:(1)除霜时间尺度大于车舱内空气流动时间尺度;(2)假设车舱内流动为稳态;(3)只有温度与液相体积分数随时间发生变化。
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启动Fluent
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以3D、Double Precision方式启动Fluent
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利用菜单File → Read → Mesh…读取网格文件EX10.msh
计算网格如图所示。
网格包含三个计算区域:车舱(流体域)、玻璃(固体域)、霜(流体域)。对于风挡除霜问题,一般建议玻璃和霜的区域采用棱柱层网格(六面体或三棱柱),车舱区域可以采用四面体或六面体网格。
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双击模型树节点General,点击右侧额面板按钮Scale…弹出网格缩放对话框,如下图所示,选择设置View Length Unit In为in,点击Close按钮关闭对话框
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Models设置
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鼠标右键选择模型树节点Models > Energy,点击弹出菜单项On激活能量方程
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鼠标右键选择模型树节点Models > Viscous,点击弹出菜单项Model → Standard k-epsilon激活湍流模型
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鼠标双击模型树节点Models > Solidification & Melting弹出设置对话框,如下图所示,激活选项Solidfication/Melting,其他参数保持默认设置,点击OK按钮关闭对话框
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Materials设置
本案例涉及到三种材料:空气(air)、玻璃(glass)以及冰水混合物(ice_water)。
1、修改材料air的参数
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鼠标双击模型树节点Materials > Fluid > air,弹出设置对话框,如下图所示,材料参数保持默认设置
注:本案例中发生相变的材料仅为ice_water,但为了计算稳定,可设置空气凝固温度及液化温度均为一个较小的值,如设置凝固温度为1 K,设置液化温度为2 K。
2、创建材料ice-water
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鼠标右键模型树节点air,点击弹出菜单项Copy…创建新材料
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如下图所示设置材料属性
3、创建材料glass
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鼠标双击模型树节点Materials > Solid > aluminum,弹出如下图所示设置对话框,按图中参数修改材料属性,点击按钮Change/Create按钮,弹出对话框中点击按钮Yes覆盖原有参数
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Cell Zone Conditions设置
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鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > fluid-15,弹出如下图所示对话框,设置Zone Name为cabin-cells,设置Material Name为air,其他参数保持默认设置,点击OK按钮关闭对话框
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鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > fluid-23,弹出如下图所示对话框,设置Zone Name为ice-cells,设置Material Name为ice-water,其他参数保持默认设置,点击OK按钮关闭对话框
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鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > solid,弹出如下图所示对话框,设置Zone Name为glass,设置Material Name为glass,其他参数保持默认设置,点击OK按钮关闭对话框
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Boundary Conditions设置
1、velocity-inlet-22设置
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鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > velocity-inlet-22弹出设置对话框,设置Velocity Magnitude为3.2 m/s
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切换至Thermal标签页,设置Temperature为255.2 K
2、pressure-outlet-3设置
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鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pressure-outlet-3弹出设置对话框,Momentum标签页中采用下图所示参数设置
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切换至Thermal标签页,设置Temperature为273 K
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稳态计算
本案例先进行稳态计算,后面再切换到瞬态计算。
6.1 Methods设置
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鼠标双击模型树节点Methods,右侧面板采用下图所示参数设置
6.2 Controls设置
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右键选择模型树节点Solution > Controls,点击弹出菜单项Equations…打开设置对话框
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取消选项列表项Energy,点击OK按钮关闭对话框
注:这里计算稳态时不考虑传热。
6.3 Initialization计算
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鼠标双击模型树节点Initialization,右侧面板选择选项Standard Initialization
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选择Compute from为velocity-inlet-22,点击按钮Initialize开始初始化
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点击按钮Patch…按钮弹出对话框,如下图所示,设置区域ice-cells初始条件下x方向速度为0
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初始化Y Velocity =0 , Z Velocity =0
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初始化Turbulence Kinetic Energy = 1e-14,Turbulence Dissipation Rate = 1e-20
6.4 Run Calculations
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鼠标双击模型树节点Run Calculation,右侧面板设置Number of Iterations为300,点击按钮Calculate开始稳态计算
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瞬态计算
7.1 General设置
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鼠标双击模型树节点,右侧面板激活选项Transient启用瞬态计算
7.2 读取profile文件
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利用TUI命令file/read-transient-table blow.tab读取table文件
出现线图所示提示表示文件读取成功。
7.3 Boundary Conditions设置
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鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > velocity-inlet-22弹出设置对话框,进入Thermal标签页,设置Temperature为blower temper
7.4 Controls设置
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选择模型树节点Solution > Controls,点击弹出菜单项Equations…打开设置对话框
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如下图所示,选择列表项Energy,取消选择Flow及Turbulence
注:这里假设车舱内流场稳定,仅考虑传热。
7.5 AutoSave设置
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鼠标双击模型树节点AutoSave弹出设置对话框,如下图所示,设置Save Data File Every为40 Time Steps,点击OK按钮关闭对话框
7.6 Run Calculation
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鼠标双击模型树节点Run Calculation,右侧面板设置Time Step Size为5,设置Number of Time Steps为200,点击按钮Calculate开始计算
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计算结果
查看风挡面上液相分布,以反映除霜效果。
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利用菜单File → Read → Data…读取不同时刻的dat文件
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鼠标双击模型树节点Results > Graphics > Contours,弹出如下图所示设置对话框,设置Contours of为Solidification/Melting…及Liquid Fraction,选择Surfaces为shield-outer-shadow
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如下图所示为400 s时刻风挡上液相分布
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如下图所示为600 s时刻风挡上液相分布
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如下图所示为800 s时刻风挡上液相分布
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如下图所示为1000 s时刻风挡上液相分布
动态图如下。
链接:
https://pan.baidu.com/s/1tFD1lZRIjVZTT266eHj1yg
提取码:5q3x
转自:流沙CAE
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