案例8 - 旋流器流场仿真

1.案例介绍

本案例使用格物CAE不可压缩流模块。

旋流器用于从采矿业到真空吸尘器等各种应用领域。在纸浆和造纸工业中，水力旋流器用于污染物去除、纸浆浓缩和纤维分级。大多数水力旋流器不包含任何运动部件，因此流动完全由入口和两个出口之间施加的压降驱动。过程中的前向流称为 接受流 ，而废弃流称为 拒绝流 。接受出口可以是圆锥体底部、入口附近的溢流口，也可以是圆锥体顶端附近的底流口，具体取决于应用。前一种配置用于去除重 （与载流体相比）污染物，后者用于去除轻污染物，并用于浓缩过程。在分级过程中，由于接受流和拒绝流在系统中都是向前应用，因此定义接受流还是拒绝流基本上是出于方便考虑。

两个圆形入口切向连接到环形入口腔，该环形入口腔通过称为 “旋涡溢流管”的壁与溢流口相隔。这种设计使输入流产生强漩涡。流体从环形入口室进入锥形室，并在其中进行分离。锥形设计可以保持角动量不变，并稳定涡核，涡核是漩涡运动的中心区域，其特征在于近似固体旋转。一部分流动通过锥形分离室顶端附近的底流口流出，其余流动通过溢流口流出。

2.网格/计算文件

网格文件：Cyclone.med

3.操作说明

本案例在格物CAE->不可压缩流体模块中完成。

3.1 网格导入

下载网格文件，在 不可压缩流体仿真->网格 中，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 湍流模型

点击 不可压缩流体仿真，进行湍流模型的选取。选择湍流模型为 k-epsilon, 其他设置保持默认。

3.3 设置重力

在 不可压缩流体仿真 -> 全局模型 中，设置z方向重力大小 -9.81 m/s²，负号表示沿z轴负方向，其余方向保持重力设为 0，设置完成情况如图所示：

3.4 材料选择

点击 材料 右侧的 [+]，添加流体材料，选择 水，如图所示：

3.5 初始条件

点击 初始条件，在速度栏，设置初始状态下流场的速度均为 0。将湍流初值的类型改为 默认。

3.6 边界条件

点击 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，在速度栏填入速度大小，为 5m/s，速度方向类型为 法向；点击施加位置右侧的 [+]，施加位置选择 inlet 。

设置完成情况如图所示：

• 壁面

选择壁面，施加位置选择 wall 。

• 速度出口

选择速度出口，施加位置选择 outlet1, 设置速度为 0.53635m/s 。

• 压力出口

选择压力出口，施加位置选择 outlet2, 设置出口压强为 101325Pa 。

3.7 时间设置

点击 时间步&资源，保持定时间步长计算，选择时间步数为 500，时间步长为 0.01 s，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：

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，在不可压缩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 仿真计算->结果云图，选择物理场为 Velocity/Magnitude，即可观看流场分布。