案例1 - 旋转盘周围涡流

1.案例介绍

旋转盘装置常用于旋转盘电极的化学动力学实验。在实验中,流体被注入容器,并由旋转盘快速搅拌和混合。本案例对旋转盘对容器中流体流动影响进行计算流体力学(CFD)模拟,帮助研究人员了解旋转盘对流体流动的影响,计算出旋转盘速度和流体速度场的相互作用。结果可用于评估旋转盘的搅拌效果、流体的混合程度和流体在容器中的流动模式,从而预测和优化旋转盘设计及其在化学实验中的应用,提高实验效率和准确性。

通过格物CAE的旋转机械模块,可以定义旋转盘的旋转状态,从而模拟釜中的旋转盘对容器中流体流动的影响。

2.网格文件

网格文件:rotating_disk.med

3.操作说明

本案例在格物CAE->涡轮机械流体仿真模块模块中完成。

3.1 计算设置

涡轮机械流体仿真处,选择湍流模型为 层流 模型,时变特性为 稳态,转/静态交界面方法默认选择 冻结转子法关闭 温度计算。

网格导入

3.2 网格导入

涡轮机械流体仿真 > 网格 中,类型选择 上传网格,依照指示,将 rotating_disk.med 以拖曳或以选择文件的方式导入网格。

网格导入

导入网格后,可通过鼠标左键移动视角,右击平移网格体。

网格导入

3.3 定义转子

涡轮机械流体仿真 > 涡轮机械模型 ,点击左侧的 [+] ,展开后,点击转子定义右侧的 [+] ,定义转子,输入旋转速度为 12.56 rad/s,输入旋转轴为 dx = 0, dy = 1, dz = 0,旋转基点保持不变,点击施加位置右侧的 [+] ,添加旋转体 All,如图所示:

定义转子

3.4 全局模型

涡轮机械流体仿真 > 全局模型 中,输入y方向的重力加速度为 9.81m/s2,如图所示:

全局模型

3.5 材料选择

涡轮机械流体仿真 > 材料 处点击右侧的 [+] 添加流体,选择

水的动力粘度为 9.31e-4 Pa·s,密度为 997.3 kg/m3。如图所示:

材料选择

3.6 初始条件

点击 涡轮机械流体仿真 > 初始条件,将湍流初值改为 默认,如图所示:

初始条件

3.7 边界条件

点击 涡轮机械流体仿真 > 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:

  • 旋转壁面

点击选择壁面,点击施加位置右侧的 [+],勾选 disk,设置完成情况如图所示::

边界条件

  • 静止壁面

选择壁面,点击施加位置右侧的 [+],勾选 downwall,点击开启滑移壁面,设置完成情况如图所示:

边界条件

  • 对称面

点击选择 对称面,点击施加位置右侧的 [+],勾选 up,设置完成情况如图所示:

边界条件

3.8 时间步长设置

点击 涡轮机械流体仿真 > 时间步&资源,保持定时间步长计算,选择时间步数为300,时间步长为0.001s,计算核数为16,选择输出频率为10,即每计算10步输出一帧后处理结果,如图所示:

时间设置

可在计算核数栏选择填入需要使用的计算核数。

4. 计算和仿真结果

设置完成后,点击 仿真结果,点击 开始计算,即可提交计算。

计算和仿真结果

计算完成后,在涡轮机械流体仿真处会显示绿色图标,此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真结果->结果云图,选择物理场为 Velocity/magnitude,点击播放键可观看旋转涡流生成过程。点击 后处理 - 切面 右侧的 [+] 添加切面,点击 标量 > Velocity-Magnitude,查看切面速度场。

速度场云图分布如下:

计算和仿真结果