scFlow案例 | 滚筒洗衣机内流场仿真计算

在本练习中，对沾有斑点的布（共计5块），用滚筒式洗衣机清洗时的情况进行分析。   

• 将文件（exA17-9.x_t文件）通过拖拽的方式导入到前处理器中。

• 点击[PostUnit]，点击[删除]。

• 点击[构建分析模型]，在弹出的对话框中点击[确定]。模型颜色由绿色变成蓝色说明建立成功。

  

• 点击[零件物质]，在[属性]中选取[流体]，在[零件名称]中选取[计算域]，在[材料]中选取[气体（不可压缩）]，在[气体（不可压缩）]中选择[气体（不可压缩20℃）]，点击[应用]，在点击[确定]。

• 在[模型树]中取消勾选[Inlet]和[Outlet]。

1.4.1 面域

• 点击[注册区域]-[表面区域]，选取模型所有面，在[区域名称]里输入[wall-DEM]，点击[注册]。

1.4.2 参考点

• 点击[注册区域]-[参考点]，按照下表输入参考点，在[区域名称]里输入[Point]，点击[注册]。

1.5.1解析条件

（1）分析类型

• 点击[条件]-[解析条件]-[分析类型]，分析类型选择[流动],确保勾选[传热]、[扩散组分]、[动网格]、[自由表面]。在[颗粒追踪]中选择[w/内部-颗粒力（DEM）]。

（2）基本设定

• 点击[基本设定]，在[稳态/瞬态]中选[瞬态分析]，[循环]中[时间及循环的参数]的[最后循环]输入[20000]。在[类型]选择[库朗数]，在[初始时间步长]中输入[0.0005]，[库朗数]中输入[10]。在[设定时间步的限制]中选择[设定]，上限输入[0.001]，下限输入[0.0001]。点击[设定停止时间]，并输入[12]。[默认温度]中输入[5]。并选择[考虑重力]，方向选择[Z]，并输入[-1]。

（3）扩散组分

• 点击[扩散组分]-[组分定义]，点击[新建]，在[名称]中输入[Stain]，[扩散系数]输入[5e-10]。

（4）初始条件

• 点击[初始条件]-[整体区域]，在[新条件]中选择[初始速度]。

• 在[初始条件]的[名称]中输入[Initial_VOF]，在[参数]中的[液体体积分数]中选择[0（气体）]。

（5）颗粒追踪（DEM）

• 点击[颗粒追踪（DEM）]-[分析类型/基本设置]，按照下表输入设置。

• 点击[颗粒的材料属性]-[新建]，名称输入[ParticleProperty_exA17-9],按照下表输入材料属性。

• 点击[衣物/细绳属性]-[新建]。名称输入[ParticleForceConnection]，属性按照下表输入。

• 点击[粘附特性]，将[适用的候选]中的[Stain]应用到[粘附物质]。

• 点击[颗粒产生条件]，选择[Point1]点击[新建]。名称输入[GENERATION_Cloth]（5个点采用相同的设定），属性按照下表设定。

• 点击[颗粒-流体（运动）]，在参数中[衣物的阻力]选择[考虑垂直于衣物的力]。[BB]输入[2]，[CC]输入[0.26],点击[应用]。

• 点击[颗粒-流体（传热）]，在[传递类型]中选择[传热（基于Gunn的方法）]。

• 点击[颗粒-流体（粘附物质）]，在[参数]中的[材料传递类型]选择[设定质量传递速率]，在[质量传递速率]中选择[格式化脚本]输入。

• 在[格式化的脚本]中，在[函数名称]中选择[usr_lsol_concentration_fp]，并在下面输入[ltyp[0] = 'mass_flux']。点击[确定]。
• usr_lsol_concentration_fp详细如下：

• 点击[颗粒（运动）之间]，在[默认恢复系数]中的[各项异性]中输入[0.1]。

• 点击[DEM],在[检测区域的比例因子]中输入[1.5]。

• 点击[控制]，按照下表输入设置。

1.5.2边界条件

（1）流动边界

• 点击[流动边界]-[Inlet]，选择[入流和出流条件]。

• 在名称中输入[Flux_Inlet],在[类型]中输入[法向速度]。参数设定如下表所示。

• 其中法向速度以表格形式输入。点击[表格]。

• 点击[新建]。在名称中输入[table_Inlet],在[X轴类型]中输入[时间]，[Y轴类型]中选择[速度]，并按照下表输入X、Y数值。

• 点击[详情]，在[X算例中的动作超出了范围]中选择[采用Y的边值]。

• 点击[Outlet],在[新条件]中选择[入流和出流条件]。

• 在名称中输入[Flux_Outlet],在类型中选择[静压（出流）]，在[液体体积分数]中选择[0（气体）]。

（2）壁面边界

• 点击[壁面边界]-[wall-DEM]，在[新条件]中选择[反弹边界条件]。

（3）热边界

• 点击[热边界]-[未定义（颗粒：所有流动边界）]。在[新条件]中选择[壁面传热条件]。

1.5.3动网格

• 点击[动网格]，选择[ComputaionalDomain]，点击[新建]。

• 在名称中输入[Moving_50rpm]，参数设定如下表所示。

• 在[角速度]中以表格形式输入。

• 点击[新建]。

• 在[X轴类型]中选择[时间]，将X、Y轴数据按照下表输入。

• 点击[详情]，在[X算例中的动作超出了范围]中选择[采用Y的边值]。

1.5.4自由表面

• 点击[自由表面]-[材料]，在[气体区域]选择[air(incompressible/20C) (FluidRegion)]，[液体材料]选择[water(incompressible/20C)]。

• 勾选[考虑表面张力]。

• 点击[扩散组分的对流和扩散的限制]，为[Stain]选择[液相]。

• 返回[基本设定]，点击[浮力设置]，在[考虑浮力]中将[air（incompressible/20C）]和[water（incompressible/20C）]均设为[考虑]。

1.5.5分析控制

• 点击[分析控制]-[离散化精度]-[时间导数项的精度]，在[时间导数项的精度]中选择[二阶]。

1.5.6分析数据的输出设定

（1）场文件的输出

• 点击[分析数据的输出设定]-[场文件的输出]，选择[分析数据的输出设定]。[输出间隔]输入[每设定时间间隔]，[时间间隔]输入[0.01]。

• 点击[表面数据]，在[变量]中选择[DEM颗粒的接触力],点击[输出]。

• 点击[颗粒追踪（DEM）的变量]，在[变量]中选择[颗粒受力]，点击[输出]。

（2）列表文件的输出设定

• 点击[列表文件的输出设定]-[区域输出]，点击[新建]。

• 在[条件名称]中输入[LFileRegion]，在[目标区域]中选择[体区域]，并勾选[air（incompressible/20C）]。在右侧[参数]中的[重量]中选择[VOF分析的液体体积]，选择[变量]中的[温度]和[扩散组分的浓度（Stain）]，点击[输出]。

• 点击[区域输出（DEM）]-[新建]。

• 在[条件名称]中输入[LFileRegionDEM_Cloth1_forAvg]，在[目标区域]中的[区域名称]中选择[air（incompressible/20C）]，在右侧[参数]中的[输出区域的平均值/总值]选择[输出]，[重量]选择[质量]，[目标颗粒]选择[受颗粒生成的条件的限制]，在[变量]中将[X坐标]、[Y坐标]、[Z坐标]、[温度]选择[输出]。

• 同理再次点击[新建]，在[条件名称]中输入[LFileRegionDEM_Cloth1_forTotal]，在[目标区域]中的[区域名称]中选择[air（incompressible/20C）]，在右侧[参数]中的[输出区域的平均值/总值]选择[输出]，[重量]选择[计数]，[目标颗粒]选择[受颗粒生成的条件的限制]，在[变量]中将[Stain]选择[输出]。

1.5.7文件名称

• 点击[文件名称]，在[项目（PPH文件）名称]中输入[exA17-9_GFIL0.01s]并点击[应用一下文件名称]。

• 点击[八分木参数]-[详情]。

• 点击[限制八分木最大尺寸]，将[八分木最大尺寸]和[八分木最小尺寸]输入[0.01]。点击[创建]。

• 八分木（元素数量：27474，尺寸：0.01m）

• 点击[网格参数]，在[棱柱层的厚度和数量]的[厚度系数]中输入[0.5]，在[其他参数]中选择[稳定性-导向]。点击[详情]。

• 通过右侧的[参数]设定将[第一层厚度]、[厚度变化率]、[层数]分别赋予[Auto]、[1]、[2]，然后应用到左侧[表面区域参数]中的[Inlet]、[Outlet]、[无滑移壁面]。

• 网格划分（元素数量:79529）

• 点击[执行]，勾选[保存文件以分析]，[网格文件]点击[保存]，[分析条件文件]点击[保存]，点击[保存项目]，点击[确定]。弹出的对话框点击[执行]。（勾选[执行求解]，则会直接退出前处理器进入求解器。）

     

• 点击[文件]，找到求解文件储存的文件夹，选取（exA17-9_GFIL0.01s.sph）求解文件，点击[打开]将其导入到求解器中。然后，确认求解文件[状态]处于[等待]，点击[执行]，开始求解分析。

• 查看信息栏，求解文件[状态]会显示[运行]。求解变量主要包括：速度，压力，湍流能量等。可以通过滑动鼠标上的滑轮来更换当前求解界面。

• 点击[文件]，打开储存文件的文件夹，将（exA17-9_GFIL0.01s_395.fph）文件导入到后处理器中。（选取任意一个FPH文件均可）

（1）T=2.5s时的污渍分布云图。