钢包精炼数值模拟教程.docx
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钢包精炼数值模拟教程
安装步骤
需要安装的软件:
ExceedGambitFluent
Exceed是在windows环境下模拟unix的软件
Gambit是fluent的前处理软件,用来为fluent划分网格的而gambit必须在unix环境下才可以运行(这主要是过去unix系统在并行计算有很强优势,从前的很多软件都是在装有unixFluent安装顺序:
首先安装Exceed,再装Gambit和Fluent(一定要按这个顺序,否则后面运行会出错)
1.安装之前,记得时间调整到2005年。
2.先装exceed(安装文件在X:
\Exceed.v9.0\Exceed\SETUP),再装gambit,最后装fluent(X为虚拟光驱的盘符,注意,尽量安装到默认目录即C盘里面,以免互相冲突,或者因为软件无法响应而不能启动)
装exceed的路径为
C:
\Exceed.v9.0\Exceed\Setup.exe,装完之后重启电脑。
装gambit的路径为
C:
\Gambit.v2.3.16\Fluent.Gambit.v2.3.16\gambit_install-ntx86-2.3.16
装fluent的路径为
C:
Fluent6.3\Fluent_install-ntx86-6.3.26.exe
3.按照提示,复制许可证license到fluent和gambit的目录里。
对于gambit是安装完之后gambit安装文件中的许可证license.dat,大小为15KB复制到gambit在C盘的安装目录/License/目录里(路径为C:
\Fluent.Inc\license)
对于fluent是把其安装文件中的许可证license.dat,大小为4KB复制到C:
\Fluent.Inc\license\licmsgs.dir里面
4.记得要设置初始环境。
具体做法为:
对于Fluent:
开始——程序——FluentIncProducts——fluent6.3.26——SetEnvironment;对于Gambit:
开始——程序——FluentIncProducts——Gambit2.3.16——SetEnvironment。
5所有路径最好使用英文名,不会出现问题。
使用
1、首先用GAMBIT构建目标物理模型及划分网格,网格如图4.1所示网格数为145920个。
2、将网格文件导入FLUENT6.3中的3D求解器中求解。
3、网格按比例缩放:
在GAMBIT中,生成网格使用的单位是mm,而在FLUENT中默认单位是m,需要缩放,以保证其几何尺寸的有效性。
Gridscale(调整长度单位,使之符合网格尺寸)check检查网格是否有错误
4、检查网格质量:
网格导入FLUENT后,对网格进行检查,以便确定是否可直接用于CFD求解,若发现有错误存在,要对其进行相应的修改。
Gridcheck检查网格是否有错误
5、设定求解器:
FLUENT提供了分离式和耦合式两类求解器,分离式求解器主要用于不可压和微可压流动,而祸合式求解器用于高度可压流动,在计算模式方面,FLUENT允许用户指定是稳态的还是非稳态的,根据钢包喷吹体系的特点,计算流场时选择稳态的分离隐式求解器。
Definemodelssolver中选择默认
确定计算模型:
钢包喷吹体系,属于典型的两项流,因此需要选择多相流模型和湍流模型,根据需要多相流模型选择Mixture(混合)模型。
Viscous选择湍流模型
Multiphase选择相的方式如多相流
Energy有能量方程的时候选择
6、定义材料:
FLUENT在其材料数据库中己经提供了air(空气)和water(水)的物理属性,直接选取即可。
define
materials
在fluentdatabase中还有许多的各种材料
若所使用的材料在数据库中不存在的话,可以自己建立先选择一种与你想要建立的材料状态对应的材料,在materials对话框的中选择这种材料:
name改成想要建立的材料名;chemicalformula改成建立材料的化学式;在对话框的下部改变各种物理参数。
最后点击change/creat建立材料。
7、definephase选择每相的材料
(设Phase-I为水,Phase-2为空气,气泡直径设为1mm,两相间的作用力为曳力],曳力系数选择SchillerandNaumann模型,而升力和虚拟质量力可忽略,
Phase-1相1
phase-2相2
Interaction两相之间的作用力
8、设定运算环境:
运算环境的选择包括参考压力的选择和重力设定两项,在FLUENT中压力都是相对压力值,即相对于运行的参考压力而言的,为了方便运算,设定参考压力为0,参考压力的位置为(0,0,0.38m)(即:
钢包模型开口),重力设定为(0,0,-9.8m/s2)(根据模型的位置)。
Defineoperatingconditions
9、设定边界条件:
将模型底部喷孔设为速度入口边界,自由液面定义为对称边界,模型包壁和包底定义为静止的壁面边界,近壁区域选择标准壁面函数。
defineboundaryconditions
其中mixture可以设置湍流动能k和湍动能耗散率ε
Phase-2中可以设置气流速度
10、求解设置:
本文模拟中各变量的差分格式设置如下,①、压力(Pressure):
Standard;②、压力速度藕合(Pressure-velocityCoupling):
SIMPLEC;③、动量(Momentum):
FirstOrderUpwind;④、湍流动能(TurbulenceKineticEnergy):
FirstOrderUpwind;⑤湍流耗散速率(TurbulenceDissipationRate):
FirstOrderUpwind;开始运算时松弛按因子先用默认值,以后视残差收敛情况而定。
solvecontrolssolution默认
Monitorsresidual中的plot选中
11、设定初始条件:
选入口初始化,用入口边界条件自动得出各场变量的初值计算,并用Patch补丁命令定义整个流场在初始时全为水。
solveInitialize定义初始条件phase2volume为0
12、设置求解过程的监视参数(收敛残差):
各流动变量的收敛残差定义为不大于10-3,并输出监视结果。
iterate开始计算
待流场稳定以后,混合过程的计算是通过加入示踪剂,然后计算其浓度分布来实现的,具体如下:
13、在稳定的流场基础上,将稳态求解器选为非稳态求解。
Definemodelssolver
14、在计算模型中打开传输模型项,在传输模型中不选体积反应选项,定义Phase-1为混合模板。
Define下models中的species选择transport&reaction
15、材料属性选项中,在流体材料中选择任何一种材料均可,再在Phase-1混合模板中定义为这种材料和水的混合物。
16、运算环境中,重力设定不变,参考压力变为101325Pa,参考位置不变。
17、求解设置中,压力速度藕合(Pressure-velocityCoupling)选择PISO其它差分格式不变,关掉除传输项以外其它所有的项,只计算混匀,不再计算流场。
18、监视参数中,设定参差不大于10-7。
19、用Patch补丁命令开始加入示踪迹,具体操作为:
首先根据物理坐标找到具体加入位置的坐标点,由于要在喷口的正上方加入,所以,加入位置的坐标为(0.33m);以这一坐标点为中心,定义一球体,半径为0.05m,令该球体所包含的若干网格内示踪剂初始浓度为1;将钢包模型内其它区域示踪剂初始浓度定义为0。
以此计算示踪剂在模型内混合的过程。
Adaptregion
选择其中的sphere
设置其中的各个参数如三个坐标和球的直径
Markadapt
先patch液体中示踪剂的浓度为0在patch球体中的示踪剂浓度为1
20、设定时间步长:
非稳态计算必须要设定时间步长,Lunden的研究结果证明,在满足收敛和一定精确性的条件下,时间步长对最终混合时间的影响不大,本实验因为要模拟示踪剂在2分钟内的混合过程,模拟时间很长,因此选择较大的时间步长(选为1s),时间步数设为120,最大求解步数根据需要选设为5。
21、用FLUENT中自动保存命令,每隔5步(即5s)保存一次数据。
以此进行迭代计算,直至计算完设定的计算步数120步。
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