案例4 - 旋流器流场仿真

1.案例介绍

水力旋流器用于从采矿业到真空吸尘器等各种应用领域，是一种常见的分离分级设备，常用离心沉降原理，其中的流动为强漩涡流动。将混合液以一定的压力切向进入旋流器，在圆柱腔内产生高速旋转流场。混合物中密度大的组分在旋流场的作用下同时沿轴向向下运动，沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出，这样就形成了外旋涡流场；密度小的组分向中心轴线方向运动，并在轴线中心形成一向上运动的内涡旋，然后由溢流口排出，这样就达到了两相分离的目的。当入口的混合液与旋流器的壁面温度不一致时，就会出现传导、对流等热量传递现象。使用格物CAE的流动传热模块可以对旋流器的混流进行仿真。 旋流器几何模型如下图所示：

2.网格文件

网格文件：cyclone.med

3.操作说明

本案例在格物CAE->流动传热模块中完成。

3.1 网格导入

下载部分2的网格文件，在 流动传热仿真 -> 网格中，类型选择 上传网格，点击上传网格，依照指示将网格文件导入。

导入网格后，可通过鼠标左键移动视角，右击平移网格体。

3.2 选择湍流模型

点击 流动传热仿真，进行湍流模型的选取。选择湍流模型为 k-epsilon，其他保持默认。如图所示：

3.3 设置全局模型

在 流动传热仿真 -> 全局模型 中，设置 z方向 的重力加速度为 -9.81 m/s².

3.4 设置材料

点击 流动传热仿真 -> 材料 右侧的[+]，添加流体材料，选择 水。 水的物性保持默认，其动力粘度为 0.000931279 Pa·s，密度为 997.3 kg/m³。如图所示，比热为 4180 J/kg/K，热导率为 0.59967 W/m/K。如图所示：

3.5 初始条件

点击 流动传热仿真 -> 初始条件，设置湍流初值为 默认，温度为 300 K。如图所示：

3.6 边界条件

点击 流动传热仿真 -> 边界条件 右侧的 [+]，依此进行如下边界条件的定义：

• 速度入口

选择速度入口，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 inlet，设置速度大小为 3 m/s，温度为 350 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 [+]，施加位置勾选 wall，设置温度边界类型为 定温度，温度设为 300 K，设置完成情况如图所示：

• 出口

选择出口，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 outlet1 和 outlet2，设置温度边界类型为定热流，热流大小为 0 W/m² 。

设置完成情况如图所示：

3.7 设置时间步和计算资源

点击 流动传热仿真 -> 时间步&资源，保持 定时间步长计算，选择时间步数为 400，时间步长为 0.01s，计算核数选择 16核，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：

4. 提交计算和查看仿真结果

设置完成后，点击 仿真计算，点击 开始计算，即可提交计算。

计算完成后，在流动传热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 仿真计算->结果云图，选择物理场为 TempK/TempK ，点击播放键可观看流动传热过程。