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FLUENT明渠流动防波堤受力分析简单案例

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正文共:741字 16图   预计阅读时间:2分钟



 

 
1 前言

 

 


    明渠流动(open channel flow)是水流的部分周界与大气接触具有自由表面的流动。由于自由表面上相对压强为零,又称为无压流动。——360百科
    明渠流动是自然界中最为广泛的流动现象之一,比如河流、排水沟、海岸波浪等。历史上的重要事故比如印度洋海啸、日本福岛海啸等都属于明渠流动的范畴。CFD方法对于类似的溃坝、波浪冲击等都很强的适用性。像FLOW-3D算是比较热门的了,当然FLUENT的VOF多相流模型也足以胜任这类仿真工作。今天,我们也做一个简单的造波案例。当然,笔者不是水利工程专业人员,认知深度肯定不够,算是班门弄斧罢。


 

 
2 建模与网格

 

 


    建立如下10m×2m的二维平面计算域,其中在距离入口4m处有一个高0.2m的障碍物模拟防波堤。初始水位为0.1m,且处于静止状态。在某一时刻从入口处产生一个波长2m,高度0.4m的波浪,计算障碍物所受的瞬态力。


 

 
3 求解设置

 

 


    开启重力项,这是最基本的设置。
    开启VOF模型,并启动明渠选项,设置主相为空气,次相为水。
    设置入口为速度边界,速度为0,并设置明渠边界。
    设置出口边界为压力出口,并进行明渠边界设置。
    将顶部设置为对称边界。
    将河床设置为光滑壁面边界。
    将障碍物设置为光滑壁面边界。
    设置一个监视器,监测障碍物在x方向即受冲击方向的受力情况。由于我们建立的障碍物是处在计算域内的,因此自动生成一对面,注意要把影子面也选上。
    设置一个动画,记录波浪的运动过程。
    初始化,并patch静止水位。


 

 
4 计算结果

 

 


    障碍物所受的力随时间变化过程如下,可以看出整体呈现一定的周期性,首个波浪到达之前障碍物几乎不受力,因为两侧的水位基本静止。在冲击的瞬间受力最大,因为这个时刻左右所受的力相差最大,障碍物所受的合力就是两侧的水冲击力之差。
    最后我们看一下波浪的运动过程。
来源:仿真与工程
多相流水利FLOW-3D
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首次发布时间:2023-07-05
最近编辑:1年前
余花生
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