案例4 - 明渠流动

1.案例介绍

在本案例中，我们考虑一个长直形的明渠，其宽度和深度均为已知值。明渠的两侧有固定的边墙，底部为平坦的底面。初始状态下，明渠内充满静止的水体。随后，我们模拟了明渠上游水位的突然增加，导致水流开始向下游流动的过程。

为了准确模拟这一水流动态，我们采用了自由表面流场仿真方法。自由表面流场仿真方法是一种基于欧拉网格的流体界面追踪技术，通过求解流体体积分数的输运方程来捕捉流体界面的位置。在仿真过程中，我们设定了适当的边界条件，包括上游的水位变化、下游的出口条件以及明渠两侧的固壁边界。通过仿真结果的分析，我们可以得到明渠内水流的速度分布、压力分布以及水位变化等重要信息。

2.几何/网格文件

网格文件：CANAL.med

3.操作说明

本案例在格物CAE ->自由表面流场仿真模块中完成。

3.1 网格导入

在 自由表面流场仿真 ->网格 中，类型选择 上传网格，依照指示，将网格文件FOUTAIN3.med以拖曳或以选择文件的方式导入网格。

3.2 计算设置

点击自由表面流场仿真处，选择湍流模型为 k-epsilon 模型，时变特性为 瞬态，具体设置如下。

3.3 材料选择

点击 材料 右侧的 [+]，气相和液相已经设置好了，直接默认即可，具体如如下图所示。

3.4 初始条件

在 自由表面流场仿真 ->初始条件 处设置初值，在初始化相场处选择指定相场，指定相选择相1，设定好液相和气相的初始位置，具体设置如下图。

3.5 边界条件

点击 自由表面流场仿真 ->边界条件 右侧的 [+]，即可选择预定义的边界条件，依次进行如下边界条件的定义：

• 壁面

点击选择壁面，点击施加位置右侧的 [+]，选择 wall。

• 对称面

点击选择对称面，点击施加位置右侧的 [+]，选择 sym。

3.6 设置重力

在自由表面流体仿真→全局模型 处设置重力，重力大小为 9.81m/s<sup>2</sup> ，具体设置如下图。

3.7 时间步长设置

点击 自由表面流场仿真 -> 时间步&资源，保持定时间步长计算，选择时间步数为 1000，时间步长为 0.005 s，计算核数为32，选择输出频率为 10，即每计算20步输出一帧后处理结果，具体设置如下。

4. 计算和仿真结果

4.1 提交计算

设置完成后，点击 仿真计算，点击 提交计算，即可开始计算。

计算完成后，在自由流场仿真模块处会显示绿色图标，此时可开始进行仿真结果的查看。

4.2 查看结果

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 Void_Fraction/Void_Fraction，即可查看明渠流动过程。