Fluent案例 | 炮弹出膛

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了利用Fluent软件模拟炮弹出膛过程的CFD研究，涉及动网格技术的应用。在高压气体推动下，金属活塞在刚性管内运动至外界大气中。通过SCDM创建二维几何模型并简化问题以降低计算量。利用ANSYS Meshing进行网格划分，并设定不同区域的网格尺寸。在Fluent中设置瞬态求解、湍流模型、边界条件、操作条件、interface和动网格等参数。最终，展示了模拟结果的动画，并分享了CFD学习的经验和期待交流。

本文主要利用Fluent模拟炮弹出膛的过程，主要涉及到动网格的技术。

1 问题描述

压力容器内的高压气体，气体压强为15Mpa，推动金属活塞（宽度5mm）在刚性管内运动，从出口运动到外界大气中。

2 几何模型

采用SCDM创建二维几何模型，如下图所示。这里将几何模型简化为二维对称问题，可以降低计算量。

△ 几何模型

注：我们将整个计算域切分为几部分是为了方便动网格的设置

3 网格划分

利用ANSYS Meshing进行网格划分，具体步骤如下：

• 从SCDM中将画好的几何模型导入Workbench中。在主菜单栏中选择Workbench标签，之后点击WB 2020 R1即可将模型传入Workbench中，具体如下图所示。

△ 几何模型导入Workbench

• 启动Workbench后，向工程窗口中拖入Mesh模块，并启动Meshing。

• 为流体域及边界命名。包含四个流体域：inipressure_1、inipressure_2、piston_fluid、fluid_out，四个固体边界piston、top、out、out2，三个流体域交界面interface_piston、interface_out、interface_inipressure2，以及一个对称边界symm。部分展示如下列图片所示。

△ inipressure_2

△ inipressure_1

△ piston_fluid

△ fluid_out

△ interface_piston

△ interface_out

△ interface_inipressure2

• 划分网格。活塞炮弹经过的区域网格尺寸为2mm，其他流体区域的网格尺寸为4mm，最终网格如下图所示。

△ 划分好的网格

• 保存网格为Fluent格式。

4 Fluent求解设置

4.1 物理模型

开启瞬态求解，湍流模型选择k-e，开启能量方程。由于是高压气体的膨胀过程，所以需要将空气设置为理想气体。

4.2 边界条件设置

• 出口边界out、out2设置为压力出口，具体如下图所示。

△ 出口边界条件

4.3 操作条件设置

点击主菜单栏中Physics→Zones→Cell Zones，在弹出的窗口中设置操作条件如下图所示。

△ 操作条件设置

4.4 interface设置

手动设置interface交界面如下图所示。

△ Interface

4.5 动网格设置

• 双击模型树中Dynamic Mesh，开启Layering和Six DOF，并创建Six DOF属性如下图所示。

△ 设置六自由度属性

• 创建的动网格区域及其参数设置如下列图片所示。

△ inipressure_1

△ piston_fluid

△ piston-inipressure_1

△ piston-piston_fluid

△ out2

△ top

4.6 初始化

采用标准格式进行初始化，然后在Patch中设置如下图所示。

△ 初始化高压区域

4.7 计算设置

这里计算设置包含总时间步数和时间步长，具体如下图所示。

△ 计算设置

5 结果赏析

动画奉上，至此结束，告辞！下期再BB。