CAE大作業(yè)內(nèi)容-西油

3、管道層流和紊流CFD分析二維管道層流和紊流CFD分析，其結(jié)構(gòu)尺寸見圖3所示(單位mm)。流體介質(zhì)為空氣，空氣密度1.225kg/m3，空氣粘度1.7894e-05kg/m-s，出口壓力為0。其中出口段長度L可以任意變化，問題：1)當(dāng)L=200mm時，層流模擬，模擬雷諾數(shù)為90的層流問題，入口速度為0.025m/s。分析二維管道內(nèi)的速度場分布。2)增加管道長度，即L=860mm時，紊流模擬，入口速度到1.27m/s，計算雷諾數(shù)大于4000時，用紊流模型求解，分析其速度場的變化和分布。要求:1.直接在ICEM模塊中建立實體模型，用結(jié)構(gòu)化模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，邊界層加密。2.在ICEM中建立CFD模型的邊界條件，并存入Fleunt模型數(shù)據(jù)格式。3.將以上模型調(diào)入Ansys-Fluent模塊中進(jìn)行流體動力學(xué)分析。4.分析速度場和壓力場變化規(guī)律。5.獲取出口邊界的速度變化曲線。6.結(jié)果要求Word文件分析報告，報告中曲線用Excell生成。圖3二維管道結(jié)構(gòu)示意圖圖3-1結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格圖3-2非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格（1）層流模擬：壓力：Pa流速為0.025m/s壓力：Pa圖3-3管道壓力分布云圖回流區(qū)流速：m/s回流區(qū)流速：m/s圖3-9管道速度分布矢量圖圖3-10出口邊界速度變化曲線由模擬結(jié)果可知，在流體雷諾數(shù)增大且速度增大的同時，出口流速分布呈現(xiàn)不規(guī)則分布，不同質(zhì)點的流速分布不同。流體質(zhì)點發(fā)生無規(guī)則的脈動現(xiàn)象，且管道截面突變出，漩渦強(qiáng)烈水擊容易發(fā)生，管道突變出應(yīng)設(shè)計為錐形。②管道加長760mm后，流速為1.27m/s時。圖3-11結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格壓力：Pa圖3-12壓力：Pa圖3-13管道壓力分布云圖流速：流速：m/s圖3-14管道速度分布云圖回流區(qū)流速：回流區(qū)流速：m/s圖3-15管道速度分布矢量圖圖3-16出口邊界速度變化曲線由模擬結(jié)果可知，大雷諾數(shù)下，速度一定時，隨管道長度增加，速度分布趨于均勻，主流區(qū)速度梯度比較小，而近壁區(qū)速度梯度大，粘性力大，這與理論分析相符。鑒于安全考慮，在過渡區(qū)為減小水擊的發(fā)生，管道應(yīng)設(shè)計成錐形，以吻合流體的實際方向，消除漩渦產(chǎn)生的可能。4、兩塊板間受壓的O-形橡膠密封圈的接觸分析兩塊無摩擦板間受壓的O-形橡膠密封圈的接觸問題如圖所示，橡膠材料參數(shù)：C10=0.01055!橡膠材料參數(shù)C10C01=0.01408!橡膠材料參數(shù)C01NU1=0.49967!橡膠泊松比DD=(1-2*NU1)/(C10+C01)要求：1.用APDL編程序編寫計算模型。2.分析Disp=(0~8)mm位移時，密封圈上的接觸壓力變化、密封圈內(nèi)的Mises應(yīng)力變化。3.獲取壓入位移與壓入力F的變化關(guān)系曲線。4.結(jié)果要求Word文件分析報告，報告中曲線用Excell生成。密封圈橫截面密封圈橫截面60mm20mm位移Disp中心線密封圈橫截面圖4O-形密封圈受壓示意圖fini/clear/FILNAM,Ex6-3Contact_O_Ring!定義文件名!*單位：mm-MPa-NDisp=4!密封圈位移mmR=12/2!密封圈橫截面半徑mmR0=48.65/2!密封圈中半經(jīng)mmC10=0.01055!橡膠材料參數(shù)C10C01=0.01408!橡膠材料參數(shù)C01NU1=0.49967!橡膠泊松比DD=(1-2*NU1)/(C10+C01)/PREP7ET,1,PLANE182,,,1!1為PLANE182單元，1-平面軸對稱KEYOPT,1,6,1!混合計算格式ET,2,CONTA172!2為CONTA172單元ET,3,TARGE169!3為TARGE169單元!*設(shè)置材料參數(shù)R,2,,,-2000!設(shè)置表面剛度R,3,,,-2000!設(shè)置表面剛度TB,HYPER,1,1,2,MOONEY!1為超彈性，Mooney-Rivlin模型TBDATA,1,C10,C01,DD!參數(shù)橡膠材料參數(shù)!*建立模型CYL4,R0,0,R!生成圓面A1!*網(wǎng)格劃分N=12Lesize,all,,,N!所有線N等分AMESH,1!劃分網(wǎng)格!建立剛性關(guān)鍵點1001-1004k,1001,R0+(-2*R),-Rk,1002,R0+(2*R),-Rk,1003,R0+(-2*R),Rk,1004,R0+(2*R),RL,1001,1002L,1003,1004dk,1001,all!關(guān)鍵點1001全約束dk,1002,all!關(guān)鍵點1002全約束dk,1003,ux!關(guān)鍵點1003的ux自由度約束dk,1004,ux!關(guān)鍵點1004的ux自由度約束alls*Create,Down,mac!建立下部接觸對Down宏模塊REAL,2!設(shè)置接觸對2TYPE,3!選擇3號單元!*生成目標(biāo)面LSEL,S,,,5!選擇線L5TYPE,3!設(shè)置單元類型3LMESH,ALL!線L5網(wǎng)格劃分!*生成接觸表面TYPE,2!設(shè)置單元類型2LSEL,S,,,3!選擇線L3LSEL,A,,,4!同時選擇線L4NSLL,S,1!選擇線L3，L4上全部節(jié)點ESLN,S,0!選擇以上節(jié)點不含兩端的單元ESURF!建立接觸單元!*目標(biāo)法線反向LSEL,,,,5!選擇線L5NSLL,S,1!選擇線L5上全部節(jié)點ESLN,S,1!選擇以上節(jié)點上的全部單元ESEL,R,REAL,,2!選擇接觸對2上的單元ESURF,,REVERSE!接觸單元的法向方向反轉(zhuǎn)ALLSEL!全選*End*Create,UP,mac!建立上部接觸對Up宏模塊REAL,3!設(shè)置接觸對3TYPE,3!選擇3號單元類型!*生成接觸面LSEL,S,,,6!選擇線L6LMESH,ALL!線L6劃分網(wǎng)格!*生成接觸面TYPE,2!設(shè)置單元類型2LSEL,S,,,1!選擇線L1LSEL,A,,,2!同時選擇線L2NSLL,S,1!選擇所選線上全部節(jié)點ESLN,S,0!選擇以上節(jié)點不含兩端的單元ESURF!建立接觸單元ALLSEL!全選*endDown!調(diào)用下部接觸對Down宏模塊Up!調(diào)用上部接觸對Up宏模塊LSEL,S,,,6!選擇線L6esll,s!選擇線L6上全部單元nsle,s!選擇單元上全部節(jié)點*GET,NCEN,NODE,,NUM,MIN!獲得所選節(jié)點最小的節(jié)點CP,1,UY,ALL!所選節(jié)點UY方向自由度耦合alls!全選FINISH/PLOPTS,DEFA!在窗口右邊顯示數(shù)值/SOLU!進(jìn)入前求解器ANTYPE,STATIC!靜態(tài)分析CNVTOL,F,,,,-1!集中載荷最小允許計算值為-1NLGEOM,ON!打開大變形效應(yīng)NSUBST,50!疊代次數(shù)為50次OUTRES,,1!輸出每個子步驟的求解D,NCEN,UY,-Disp!NCEN節(jié)點施加UY=-Disp的位移mmDk,2,ux,0!約束關(guān)鍵點2的ux方向自由度dk,4,ux,0!約束關(guān)鍵點4的ux方向自由度SOLVE!求解FINISH/POST1!進(jìn)入后處理器PLNSOL,S,EQV!顯示VonMises應(yīng)力云圖FINISH/POST26!時間歷程后處理/AXLAB,Y,FORCE(N)!命名Y軸為FORCE(N)/AXLAB,X,DISPLACEMENT(mm)!命名X軸為DISPLACEMENT(mm)NSOL,2,NCEN,U,Y!獲取節(jié)點NCEN的y位移賦給變量2RFORCE,3,NCEN,F,Y!獲取節(jié)點NCEN的支座反力賦給變量3PROD,2,2,,,,,,-1!變量2位移數(shù)據(jù)乘以-1PROD,3,3,,,,,,-1!變量3反力數(shù)據(jù)乘以-1XVAR,2!設(shè)置變量2為X坐標(biāo)PLVAR,3!繪制變量2反力變化曲線PRVAR,2,3!變量2,3的數(shù)據(jù)表*GET,F1,VARI,3,RTIME,0.5!獲得0.5s時的載荷值F1*GET,F2,VARI,3,RTIME,1.0!獲得1s時的載荷值F2FINISH圖4-1橡膠網(wǎng)格圖Dis=1mm壓力：MPa壓力：MP壓力：MPa壓力：MPa圖4-2DIS=1mm接觸壓力和vonMises云圖圖4-3力-位移關(guān)系曲線壓力：壓力：MPaDis=2mm壓力：MPa壓力：MPa圖4-4DIS=1mm接觸壓力和vonMises云圖圖4-5力-位移關(guān)系曲線壓力：MP壓力：MPa壓力：壓力：MPa圖4-6DIS=1mm接觸壓力和vonMises云圖圖4-7力-位移關(guān)系曲線壓力壓力：MPaDis=4mm壓力：MPa壓力：MPa圖4-8DIS=1mm接觸壓力和vonMises云圖圖4-9力-位移關(guān)系曲線壓力：MPa（5壓力：MPa壓力壓力：MPa圖4-10DIS=1mm接觸壓力和vonMises云圖圖4-11力-位移關(guān)系曲線壓力：MPa（6壓力：MPa壓力：MPa壓力：MPa圖4-12DIS=1mm接觸壓力和vonMises云圖圖4-13力-位移關(guān)系曲線壓力：MPa（7壓力：MPa壓力壓力：MPa圖4-14DIS=1mm接觸壓力和vonMises云圖圖4-15力-位移關(guān)系曲線壓力壓力：MPa（8）Dis=8mm壓力：MPa壓力：MPa圖4-16DIS=1mm接觸壓力和vonMises云圖