1.实例概述
一个半径20cm的小球在离水面3m的地方落下，在0.01s内速度达到200m/s，之后匀速运动，已知深5m、宽10m几何模型如图10-3所示。
图10-3 几何模型
2.模型的建立
01 启动GAMBIT，选择工作目录D:\Gambit working。
02 建立小球几何剖面，单击Geometry
→Face
→Create Real Circular Face
，在Create Real Circular Face面板的Radius文本框中输入数值0.2，单击Apply按钮生成圆面。
03 建立矩形面域。单击Geometry
→Face
→Create Real Rectangular Face
，在Create Real Rectangular Face面板的Width文本框和Height文本框中输入数值10，单击Apply按钮生成矩形面。
04 建立包裹小球的外围区域。单击Geometry
→Face
→Move/Copy Faces
，在Move/Copy Faces面板中选择小圆面，选择Copy和Scale，在Factor文本框中填写1.5，如图10-4所示。单击Apply按钮，即复制生成小圆外围区域，如图10-5所示。
图10-4 Move/Copy Faces面板
图10-5 建立的矩形面
05 由于小圆的位置不对，所以还需要对其位置进行调整。单击Geometry
→Face
→Move/Copy Faces
，在Move/Copy Faces面板中选择小圆面和外围圆面，选择Move和Translate，沿Y轴方向向上移动3，单击Apply按钮，即得到移动后的图形，如图10-6所示。
06 对面域进行布尔操作。单击Geometry
→Face
→Subtract Faces
，在第一行Face文本框中选取矩形面，第二行Face文本框中选择外围圆面，并选择Retain保留外围圆面，单击Apply按钮。然后用外围圆面减去小圆面。不需要选择Retain。
07 外围圆面的边界可使用Edge面板中的Connect Edges
按钮重合为一条。
图10-6 移动后的几何模型
3.网格的划分
01 单击Mesh
→Face
→Mesh Faces
，打开Mesh Faces面板，选中圆环面，划分方式为Quad、Map、Interval size−0.05，单击Apply按钮，完成对圆环的网格划分，如图10-7所示。
02 对外部区域进行网格划分。在Mesh Edge面板中，选中大矩形的4条边，划分方式为Interval size−0.1，单击Apply按钮，完成对矩形面边的网格划分。
03 回到Mesh Faces面板，选择外部整体区域，划分方式为Tri、Pave，其他保持默认值，单击Apply按钮，完成对外部区域的网格化分，如图10-8所示。
图10-7 圆环的网格划分
图10-8 几何面域的网格化分
04 单击Zones
→Specify Boundary Types
，在Specify Boundary Types面板中选择小圆边界，类型为WALL，命名为dong-w；选择矩形面的左右和下边界，类型为WALL，命名为Rec-w；矩形的上边界，类型为PRESSURE_OUTLET，命名为Rec-out。
05 划分静区域和动区域，单击Zones
→Specify Continuum Types
，在Specify Continuum Types面板中选择内部圆环面，类型为FLUID，命名为dong；外部区域面类型为FLUID，命名为jing。
06 执行File→Export→Mesh命令，在文件名中输入jump.msh，并选择Export 2-D（X-Y）Mesh，确定输出的为二维模型网络文件。
4.求解计算
01 双击FLUENT 6.3图标，弹出FLUENT Version对话框，选择2d（二维单精度）计算器，单击Run按钮启动FLUENT6.3。
02 执行File→Read→Case...命令，读入划分好的网格文件jump.msh。
03 执行Grid→Check命令，检查网格文件。
04 执行Define→Models→Solver...命令，在弹出Solver对话框中选择Unsteady，其他保持默认值。
05 执行Define→Models→Multiphase...命令，在弹出的Multiphase Model对话框中选择标准VOF模型，其他保持默认值。
06 执行Define→Material命令，从FLUENT6.3自带的材料数据库中调用water-liquid[h2o<1>]，如图10-9所示。顺序单击Copy，Change/Create和Close按钮，完成材料的定义。
07 执行Define→Phases…命令，在Phase列表框中选择phase-1，定义为air；选择phase-2，定义为water。
08 执行Define→Operating Conditions命令，在Operating Conditions对话框中，选中Gravity，指定重力方向为y轴，大小为−9.81，同时选中Specified Operating Density选项，保持默认值，单击OK按钮。
图10-9 Materials面板
09 执行Define→Boundary Conditions…命令，弹出Boundary Conditions对话框。设置Rec-out，Mixture相设定Gauge Pressure为0，water相设定Backflow Volume Fraction为0。
10 执行Define→Dynamic Mesh→Parameters命令，在弹出的Dynamic Mesh Parameters对话框中勾选Dynamic Mesh复选框，如图10-10所示。在展开的对话框中根据图10-11所示的参数输入，单击OK按钮。(www.xing528.com)
图10-10 Dynamic Mesh Parameters对话框
图10-11参数设定
11 将下列信息用txt的格式输出保存，用于本题中的边界函数。
((dong 3 point)
(time 00.010.05)
(v_x 000)
(v_y 0-200-200))
12 执行Defline→Profiles命令，弹出Boundary Profiles对话框，如图10-12所示。单击Read…按钮，导入上步的txt文件，单击Close按钮。
13 执行Defline→Dynamic Mesh→Zone命令，弹出如图10-13所示的Dynamic Mesh Zones对话框，在Zone Names下拉列表框中选择dong-w，设置Type选框为Rigid Body，选择Meshing Options标签，将其中的Cell Height文本框设置为0.05，单击Create按钮。然后选择Zone Names下拉列表框中的dong，进行与dong-w相同的设置，单击Close按钮。
图10-12 Boundary Profiles对话框
图10-13 Dynamic Mesh Zones对话框
14 执行Solve→Control→Solution…命令，弹出Solution Controls对话框，保持默认值。
15 对流场进行初始化。执行Solve→Initialize→Initialize…命令，在弹出的Solution Initialization对话框中选择all-zones，顺序单击Init、Apply、Close按钮。
16 对初始区域进行定义。执行Adapt→Region…命令，弹出Region Adaption对话框，如图10-14所示。设置X Min为−5，X Max为5，Y Min为−5，Y Max为0，然后单击Mark按钮，即完成水底区域的设置。
17 执行Solve→Initialize→Patch…命令，选择Phase下拉列表框为water，选择Registers to Patch列表框中的hexahedronr0，选中V olume Fraction，在Va lue文本框中输入1，如图10-15所示。单击Patch按钮完成对水底部分区域的初始化定义。
图10-14 Region Adaption对话框
图10-15 Patch对话框
18 执行Solve→Monitors→Residual…命令，在弹出的Residual Monitors对话框中选择Plot，其他保持默认值，单击OK按钮。
19 执行Solve→Animate→Define命令，弹出Solution Animation对话框，按照图10-16所示设置参数。
图10-16 Solution Animation对话框
20 单击图10-16中的Define…按钮，弹出Animation Sequence对话框，选择Metafile，并在Window微调框中输入1，在Display Type选项组中选择Contours，如图10-17所示。出现Contours对话框，选择Contours of下拉列表框中的Phases及Volume fraction，勾选Filled，单击Display按钮，即出现初始时刻的空气体积分数云图，如图10-18所示。
图10-17 Animation Sequence对话框
图10-18 初始时刻的空气体积分数云图
21 执行Solve→Iterate…命令，在弹出的Iterate对话框中设置Time Step Size为0.0001，Number of Time Steps为400，其他保持默认值，单击Iterate按钮即可开始求解。
22 执行Display→Contours…命令，弹出Contours对话框，单击Dispaly按钮，即出现空气体积分数云图，如图10-19所示。
23 迭代完成后，执行Solve→Animate→Playback命令，打开Playback对话框，勾选Play Once。选中Phase，保持Start Frame为1，Increment为1，End Frame为16。拖动Repaly Speed滚动条来控制播放速度。最后在Write/Record Format中选择Hardcopy Frames，单击Write按钮。播放的同时，动画以.jpg的格式保存每帧图片在工作目录下。
24 将生成的每帧图片保存在新建的文件夹下，以文件夹的形式导入Adobe ImageReady中进行动画处理，生成动画文件jump.gif，并保存在当前目录下。
图10-19 空气体积分数云图
25 计算完的结果要保存为case和data文件，执行File→Write→Case&Data…命令，在弹出的文件保存对话框中将结果文件命名为jump.cas，case文件保存的同时也保存了data文件jump.dat。
26 最后执行File→Exit命令，退出FLUENT6.3。
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