案例2 - 二维旋转釜内流场分析

1.案例介绍

本案例为带有四篇叶轮的搅拌槽的二维模型，槽中有四块挡板固定在壁面上，起到增强混合的效果，如下图所示。在外圈旋转区域中，其中两个隔板会流入高温流体。本案例将演示如何使用 格物CAE 的 涡轮机械流体仿真模块 实现旋转釜内冷热流搅浑的可视化。内外旋转区域的转速约为1 rad/s.

2.网格文件

网格文件：Mixer_2d.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

在 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，开启 温度计算。如图所示：

3.2 网格导入

在 涡轮机械流体仿真 > 网格 中，类型选择 上传网格，依照指示，将 Mixer_2d.med 以拖曳或以选择文件的方式导入网格。

导入网格后，可通过鼠标左键移动视角，右击平移网格体。

3.3 定义转子

在 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：

• 点击施加位置右侧的 [+] ，添加旋转体 rotor_in，定义内部旋转体，输入旋转速度为 10 rad/s，输入旋转轴为 dx = 0, dy =0, dz = 1，旋转基点保持不变，如图所示：

• 点击施加位置右侧的 [+] ，添加旋转体 rotor_out，定义外部旋转体，输入旋转速度为 10 rad/s，输入旋转轴为 dx = 0, dy =0, dz = -1，表示旋转方向相反(顺时针)，旋转基点保持不变，如图所示：

3.4 定义交界面

在展开后的 涡轮机械流体仿真 > 涡轮机械模型 中，点击交界面设置左侧的 [+] ，在施加位置处旋转 in_interface 和 out_interface 定义交界面，如图所示：

3.5 材料选择

在 涡轮机械流体仿真 > 材料 处点击右侧的 [+] 添加流体，选择 水。

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

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，并将初始温度设置为 293.15 K，如图所示：

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：

• 速度入口

点击选择速度入口，点击施加位置右侧的 [+]，勾选 inlet，速度设置为 5 m/s ，温度设置为 353.15 K，设置完成情况如图所示：

• 壁面

选择壁面，点击施加位置右侧的 [+]，勾选 in_wall 和 out_wall，点击温度类型为 定热流，热通量选择 0 W/m²，设置完成情况如图所示：

• 对称面

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

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1000，时间步长为0.001s，计算核数为16，选择输出频率为100，即每计算0.1s输出一帧后处理结果，如图所示：

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 TempK/TempK，点击播放键可观看高温流体随着旋转釜旋转而扩散的过程。