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搅拌仿真操作详细教程（三）：Fluent求解器设置

嘉CUIT

1月前浏览1002

本期是搅拌仿真操作的第三部分——Fluent求解器设置。

打开Fluent3D求解器，点击File—read—mesh，在工作目录中找到我们保存的mixingtank.msh，读入网格文件。

读入成功后习惯性显示网格。点击Display，Edge Type选择All，即显示所有信息。如果只需要显示轮廓信息，则选择Outline。显示后如图所示。

设置之前先要检查网格。如果网格有问题的话是无法计算的，后面的设置也就成了无用功，所以Check是最先应该进行的操作。点击Check，在状态栏内会出现如下信息。看到Warning：Mesh check failed你一定认为网格检查失败了，其实并不是，你会发现在这之前还有6个Warning，分别指向6个交界面，原因是这6个交界面还没有两两配对，在接下来进行配对后，再进行check，会发现所有的Warning都会消失。

单位转换。Gambit和Fluent 的默认单位不一致，需要转换。在Mesh Was Create In和View Length Unit In中全部选择mm，点击Scale，即转换成功。

光顺网格，点击Smooth，再点击Swap，直到无面可交换为止。

采用默认的压力基求解器，求解类型属于瞬态。重力加速度方向为Z轴负向，数值约为9.81m/s2。在Units中设置转速单位，将默认的rad/s改为rpm（即转每分钟）。

打开VOF多相流模型，在Number of Eulerian Phases中保持默认的2，代表两相流。此处采用隐式（Implicit）模式。

补充干活：显式（Explicit）只能用于瞬态计算。如果选择了显式模式，计算模式会自动转换为瞬态计算。如果不仅仅关心多相流流动稳定后的最终形态，还关心流动的过程中多相流的分布瞬时分布形态，应该选择显式模式。

如果只关心最后的稳态解，而不关心达到最后稳定状态之前的流动过程中的像分布情况，那么选择隐式（Implicit）模式更适合。隐式模式可用于稳态计算也可用于瞬态计算。如果最后的稳态解取决于流场的初始分布，或者入口边界处各相的状态不十分明确，则应选择隐式模式的瞬态计算。如果最后的稳态解不取决于流场的初始分布，并且入口边界处各相的状态很明确，则可以用隐式模式的稳态计算。

选择标准k-ɛ双方程湍流模型。

设置材料。材料对话框中默认有空气，我们需要另外添加一种搅拌材料，这里选用水。在Fluent自带的材料库Fluent Database里面选择液态水，点击copy，close。退出材料库点击Change/Create，可以看到在Fluent Fluid Materials中已经添加了水。

设置主相和副相。双击phase-1为air，即设置空气为主相；双击phase-2为water，即设置水为副相。

设置域的运动状态。选中rotar点击Edit，rotar为旋转域，也就是动域，故在对话框选中Mesh Motion，在下方的Rotational Velocity输入500rpm，即每分钟500转，点击OK 。

点击Boundary Conditions，编辑边界条件。在Zone中选中搅拌轴shaft，点击Edit，在弹出的对话框中Wall Motion下方选中Moving Wall，右边的Motion选中Absolute，即绝对运动，下方选中Rotation旋转运动，Speed为500rpm。

在Zone中选中搅拌桨blade，点击Edit，在弹出的对话框中Wall Motion下方选中Moving Wall，右边的Motion默认Relative to Adjacent Cell Zone不变，即相对运动，下方选中Rotation，Speed为0（与搅拌轴共速，故相对轴运动速度为0）。

交界面配对。点击Mesh Interfaces，弹出对话框如下。前面在划分网格时一再强调交界面的名字不可以相同，这里我们验证一下。对话框中的Zone1和Zone2分别是搅拌槽的静域和动域，下面列出了我们所定义的交界面，如果我们在两个列表中选择同一个名称的交界面，会提示错误，无法继续进行。

按如图所示设置三组交界面，分别命名为a，b，c（名字无所谓，不影响过程，别用中文和数字就可以）。

暂时默认计算方法与欠松弛因子，遇到计算收敛性不好时再进行适当修改。对all-Zones进行初始化。在没有点击Initialize前，旁边的Patch是灰色不可点的。在初始化后，Patch变为可点状态，说明在没有初始化时，无法对网格进行相的设置。

为网格补相。先标记区域。点击Adapt-Region，输入如图所示的范围，点击Mark，即定义从搅拌槽底部至20mm处的这块区域。点击Mark后，状态栏会出现如下提示，即此区域包含了373196个网格单元。

点击Patch，把刚才标记的区域定义为水。Phase中选择water（注意，这里的Phase是不会出现主相的。我们之前定义air为主相，所以Phase下方没有air，因为在你补相之后，没有被补相的区域将自动定义为air，无需手动设置）Variable选择Volume Fraction，Value输入1，Registers to Patch中选中hexahedron-r0（hexahedron-r0是刚才标记区域的一个暂存器，Mark后就会生成，如果我们此时再点一下Mark，这里将会出现hexahedron-r1）。

建立辅助平面。点击Surface—Iso-surface，定义Y方向辅助面，设置如下。

设置监测器。点击Solution Animation，点上三角增加一个sequence，when选择Time Step，点击Define。储存方式选择PPM Image，Memory一般适用于占用内存较小的2D情况，3D一般占用内存较大，采用后两种。Window用第二窗口（第一窗口一般用于残差曲线），Display Type选择Contours（云图）。

点击Draw Mesh，Edge Type选择Outline，Surface选择刚才生成的Y辅助面，点击Display，如图所示。

在Contours对话框中，选中Filled，云图类型选择Phase-water，Surface选择Y辅助面，点击Display。如图所示。

设置自动保存。在Autosave下方输入20，点击Edit，选中Each time，即计算20步进行一次保存（这个与低版本不同的就是，低版本没有Each time这一项，只要设置了数字直接会进行每次保存），File Name确定保存文件的位置。

点击File-write-case&data，保存初始文件。点击Run Calculation，Time Step Size（时间步长）定为0.05s，Number of Time Steps暂定为100次，Max Iterations/Time Step（每步的最大迭代次数）为20，点击Calculate开始计算。