【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真

一、案例背景

溃坝指的是水坝突然损坏,坝后水体流出形成洪水的过程。溃坝模拟可对水坝的设计、管理及灾后救援提供参考。

本案例需要的输入文件和参数信息如下表:

网格文件

Dambreak.msh

网格类型

整体网格为六面体网格的非结构网格,网格数量10万

介质

25°空气,水密度997kg/m^3

湍流模型

Standard k-epsilon

边界条件

出口静压:101325Pa

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图1

图1 网格模型

二、网格处理

1. 新建工程

a. 启动AICFD 2024R1

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图2

图2 AICFD窗口

b. 选择 文件>新建,新建工程,选择工程文件路径,设置工程文件名,点击“确定”。

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图3

图3 新建工程

2. 网格划分

a. 单击菜单栏 网格> 导入网格 ,导入外部生成的模型文件;

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图4

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图5

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图6

图4 网格导入

三、求解设置

1. 网格域设置

先指定水坝损坏前水所在区域。右击 网格域>域,点击“插入域”,在自定义区域设置窗口中修改名称,类型保持立方体,通过输入坐标确定位置。最小值不变,最大值根据整个域尺寸,圈出左下角区域0.2,0.3,0.1。然后点击“确定”,创建初始水域,如图所示;

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图7

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图8

图5 创建水域

2. 求解模型设置

选择 求解> 求解模型,由于要看水流动过程,时间选瞬态。流动选不可压,方法选湍流,湍流模型保持默认K-e模型。多相流开启,相数为2,即水和空气。重力Y方向设置-9.8。如图所示。

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图9

图6 求解模型设置

3.计算域设置

a. 双击 求解> 流动分析> 计算域> Domain-fluid1>计算域设置,保持默认不变,点击“下一步”;

b. 在打开的流体模型窗口继续点击“下一步”,前面保持默认不变,勾选“表面张力系数” 输入水和空气间的系数0.07,点击“下一步”;

c. 设置初始水域材料,主相初始化,把水域打开保持,水的默认比例1,代表此区域初始为水,如图所示。

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图10

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图11

图7 分配计算域

4. 边界条件设置

a. 右击 流动分析> 计算域> 边界条件,右键 插入边界条件,上面是敞口的,所以上表面movingwall设为压力出口,意思是和大气相通,如图所示;

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图12

图8 上表面设置

b. 右击 流动分析> 计算域> 边界条件,右键 插入边界条件,前后面FrontAndBack设为对称面,代表用这一段来代表整个水坝。其余面都是普通壁面wall。如图所示。

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图13

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图14

图9 边界条件设置

5. 求解参数设置

双击 仿真> 求解控制 ,增大计算步数到10000步,勾选输出迭代频率,每300步保存一次结果。

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图10 求解控制设置

四、初始化及求解计算

1. 初始流场设置

双击 仿真> 初始化,刚才已经设置了水的位置,除水外,其它区域都是空气。把空气体积分设为1,水的改为0,如图所示;

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图11 初始化设置

2.求解计算

选择菜单栏 求解> 求解> 直接求解> 并行,开始计算。

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图17

图12 运行求解器

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图13 选择求解模式

五、后处理

1. 监控曲线

点击监控,查看残差曲线;

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图14 残差曲线

2. 可视化结果

a. 创建面:单击菜单栏 后处理> 面,Z法向,变量选择密度,确定。红色代表密度大,是水,蓝色是空气;

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图20

图15 查看水流位置

b. 动画:单击菜单栏 后处理> 动画,位置选刚刚创建的平面,点击播放,可以看到水流过程了。

【CFD教程】3分钟学会两相流非稳态水坝溃堤仿真的图21

图16 动画展示

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