flow3d官方培训教程中的实例中文说明

Flow3D学习——3 算例1 Aerospace Tutorial

Aerospace Tutorial

新建一个项目，Model Setup Tab-Meshing & Geometry Tab-Subcomponent

Tab-Geometry Files-c:\Flow3D\gui\stl_lib\tank.stl，Type and Potential 使用缺省选项，因为将引入其它形状作为固体，Subcomponent 1中坐标范围(Min/Max)为：

X: 5.0～15.0, Y: 5.0～15.0, Z: 0.0～15.0

tank.stl的单位对FLOW-3D来说是未知的，可能是英寸、英尺、毫米等，现在假设模型是SI（国际单位），那么流体或固体的属性都应该是SI的。（这里有些糊涂，FLOW-3D会使用STL文件中的单位么？）

模拟的情况为从圆柱形底部入口向球形水箱内充水，计算域应该和此形状范围相近，略大一点但不能紧贴着形状边界。

底边界的位置和边界条件类型有关，如果入口处流速已知那么模拟多少入口长度没有关系，因为断面形状是固定的，但是如果特定位置的压力是已知的，那么要把边界放在该位置处因为压力会受入口长度的重力和粘性效应影响而变化。

建议计算域要大于最大几何尺寸的5%，底边界除外，可以小于5%，这样计算域底部和入口交叉，不会挡住水流，因此计算域定义为

X: 4.95～15.05 Y: 4.95～15.05 Z: 0.05～15.05

在Mesh-Cartesian的Block 1中按上面参数修改计算域尺寸，然后在Block 1上右键选择Update Mesh更新显示。

Re = Reynold数 = Inertial Force/Viscous Force = UL/ν

Bo = Bond数 = Gravitational Force/Surface Tension Force = gΔρL^2/σWe = Weber数 = Inertial Force/Surface Tension Force = LU^2ρ/σ

U是特征流速，L是特征长度，g是重力加速度，ρ是密度，σ是表面张力系数。这个问题中大约用100s充满水，冲水体积540立米，入口直径2m，入口流速为

540/(100*π*1^2)=1.7m/s，Reynolds数为

Re=1.7*2/(1.0e-6)=3.4e6

由于Reynolds数远大于1，因此惯性力比粘性力更重要，即不需要很密的网格考虑粘性力，也不需要指定粘性特性。考虑表面张力影响的系数为

Bo = gΔρL2/σ = 9.8m/s^2 * 1000 kg/m^3 * (2m)^2/(0.073kg/s^2) = 5.4e5 We = LU2ρ/σ = 2m * (1.7 m/s)^2 * 1000 kg/m^3 / (0.073kg/s^2) = 7.9e4 可以看出表面张力也不需要考虑。

缺省网格在X、Z方向为10，Y方向为1。

在Block 1上右键选择Automatic Mesh，通过网格大小或总网格数修改网格。由于入口直径2m，最少应该有5个网格，因此网格大小为0.4m，选择所有方向均为0.4生成网格。

当前水箱为固体，在Geometry的Component 1下面展开Subcomponent 1，把Subcomponent Type由Solid变为Complement（什么意思？），网格定义变为正常情况。

选择工具栏中的Favor图标，在FAVORize下选择using computational mesh，在view component volume中选择Open，单击Render，保存项目显示。用cutting planes或mesh slice可以看到网格内部。（这里是什么作用？为什么第二个例子里没有这步？）

选择Model Setup中的Boundaries tab定义边界条件，选择Z-min边界，选择Specified Velocity按钮然后输入W-velocity为1.7，其它边界条件不变。General tab：设置计算结束时间为100s，并在Finish condition中选择使用Finish time。低速流入时不必考虑气体影响，因此在Number of fluids中仅选择一种流体。Interface Tracking选择Free surface or sharp interface，如果是气体注入则用No sharp interface选项并用2种流体让气体扩散。Flow Mode 选择不可压流体。

Initial tab：这个模拟中不需要设置初始条件。

Physics tab：设置使用的模块，因为是高Reynolds数，不需要考虑粘性，所以仅使用Gravity，Z-direction中输入-9.8。Viscosity和Surface tension模块不必考虑。

Fluids tab：仅需要考虑流体密度，在左侧Density中的Fluid 1的Density

中输入1000（或者找到Water at 20 C－si用Load Fluid 1载入）

Output tab：Flow-3D始终输出速度、温度、流体fraction等，缺省输出间隔为1/10结束时间，暂时取缺省值。

Simulate tab：Run Simulation。然后可以观看结果。

下面进行热启动计算，关闭入口边界，定义x方向的加速度使流体摇晃，在计算域中嵌套一个块体并计算流体摇晃时流体对块体的作用力。

转到Navigator下，File>Add Restart Simulation，创建热启动模拟，模拟名称取缺省值，选择OK。

在General tab中选择Restart按钮，数据源（flsgrf.*）应该正确，热启动开始时间为100s，选择reset time to zero保证非惯性输入从0开始，其它取缺省选项。修改结束时间为12s。

热启动既可以从输入文件中读入新的数据也可以从上次计算结果中读取数据，这些都在刚才的对话框（Restart Options）中设置。热启动时间输出在hd3msg