3D管道/清洗空化涡量模拟仿真技术-Fluent演绎建模仿真全流程

导读：大家好，我是仿真秀专栏作者—流年似沙，硕士毕业于东北石油大学，现就从事石油机械设计与仿真工作。擅长石油机械的CAD和CFD工作，对完井工具的设计和仿真工作比较熟悉，可以基于管柱要求完成封隔器、安全阀、滑套等的设计，采用Mesh和ANSYS对系统进行强度评估。可以基于Fluent展开射流研究工作，特别是海生物清洗、射流涡量和外流场的模拟。

一直以来，我也在仿真秀学习相关的仿真技术，看到不少前辈和老师分享了不少宝贵行业经验和仿真软件技能，近日，我也制作了一套《Fluent 空化涡量仿真分析》视频教程，帮助用户打通 “建模 - 仿真 - 后处理” 全流程，轻松搞定海洋平台清洗、流体空化模拟等核心需求，翼以希望能引发学习者共鸣，欢迎加入我VIP用户群 交流行业经验，详情见后文：

一、Fluent空化清洗工况描述

本案例为空化清洗应用仿真案例，主要用于水射流模拟、空化射流模拟、管道/盲孔空化清洗仿真等示范教学。案例所用喷嘴为角型喷嘴，喷嘴入口压力：20MPa，湍流强度：5%，出口压力：0MPa，出口湍流强度：5%，出口水力直径：20mm，流动介质：水。缩进角 ε 和扩散角 β 分别取 13.5°和 60°。本案例的几何模型为3D，可利用Solidworks创建案例模型，转为STEP格式后导入Workbench处理仿真。利用MESH划分网格，Fluent模块空化模拟，CFD-post涡量后处理。

二、几何模型建立

启动Solidworks，建立喷枪、喷嘴、清洗盘、内流场、外流场的三维模型，并在Solidworks中完成装配，之后转换成STEP通用模型。模型和边界条件分别如下图所示：

三、模型前处理和边界条件设定

1、模型前处理

（1）将STEP模型导入Workbench中，打开DesignModeler。

（2）运用布尔运算，建立内流场、外流场的流场模型。

（3）边界条件命名

• 在DesignModeler中完成几何模型边界条件命名。特别注意：交互面，内流场为interface1，外流场为interface1-1，否则会出现导入Fluent交互面建立失败的情况。

2、MESH网格划分

网格划分基于Workbench自带的MESH模块完成，模型采用四面体非结构化网格划分。为保证模型不失真，滑移网格计算准确，建议面尺寸设定为2mm以下。

四、Fluent模拟求解

1、网格模型导入Fluent求解器，勾选双精度选项。

2、检查网格质量

注意：网格质量不能出现负体积。

3、设定瞬态求解与重力加速度

4、设定多相流模型与湍流模型

本案例多相流模型为VOF，湍流模型为RNG K-epsilon

5、设定材料模型

在Fluent自带材料库中导入水与水蒸气材料模型。

6、启用空化模型

本案例选用S-S空化模型，设定物质交换从主相（水）到副相（水蒸气）。

7、滑移网格设定

在网格条件中选定内流场，打开后勾选Mesh Motion开启滑移网格，同时设定旋转轴Y，转速60 r/min。

8、求解运算设置

在初始化之后，设定求解时间步，并勾选全部求解数据。

五、CFD-post设定

1、求解结束后，打开CFD-post。插入涡量值面

2、插入涡量云图，并将基于Q准则的涡量值设定在涡量值面中显示。最后，调节涡量值范围，完成涡量仿真。

六、Fluent 空化涡量仿真分析

为了帮助用户更好理解和掌握Fluent空化涡量仿真技术，我的视频教程《Fluent 空化涡量仿真分析》使用ANSYS 2021R1和 Solidworks2020版本录制。主要讲解海洋平台盲孔/管道清洗、流体空化现象模拟、空化清洗盘射流涡量模拟的方法和思路，让用户了解FLuent软件的基础理论和基本概念。并且掌握基于CFD-post软件涡量的后处理流程，使用技巧。

主要内容包括：

• 第1讲：清洗盘三维模型建立

• 第2讲：清洗盘有限元仿真

• 第3讲：涡量云图后处理

• 第4讲：涡量模拟展示

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《Fluent 空化涡量仿真分析》