模型描述:一个箱体垂直放置,底部设有隔层,隔层与箱内空间通过四个排液孔相连通。初始状态,液体储存在隔层内,仿真当箱体翻转时液体从排液孔泄露到箱内空间的过程。
工具/原料
SimcenterSTAR-CCM+2020
模型导入
1、打开STAR-CCM+,新建simulation,选择ParallelonLocalHost,ComputeProcesses设为2,点击OK。
2、点击File>Import>ImportSurfaceMesh,导入Rotate.stp,保存为RotateVOF.sim。
3、将Part重命名为Rotate,surface命名为wall。
物理模型
1、创建Physics1,设置欧拉多相流模型。为更好地捕捉自由表面的流动,勾选自适应网格AdaptiveMesh,2020之前的版本没有这个选项,可忽略。
2、右键Models>EulerianMultiphase>EulerianPhases,新建Phase1,重命名为H2O。同理,新建Phase2,命名为Air。分别选择Liquid和Gas属性。物性参数默认。
3、展开Continua>Physic衡痕贤伎s1>Models>AdaptiveMesh,Transition友腆取缜Width定义自由表面过渡区域的网格层数,设为5层;勾选LimitCellSize,设置MinAdaptionCellSize尺寸为0.05mm。
4、展开AdaptiveMesh>A蟠校盯昂daptiveMeshCriteria,右键新建Free胨检馁秣SurfaceMeshRefinement。MaxRefinementLevel表示网格自适应细化的最大次数,由于本例中的Trim网格非常规整,不需要过多次的细化,因此设为2。
网格划分
1、将零件Assign到Region。
2、展开Geometry>Operations,右键New>Mesh>AutomatedMesh,Parts选择Rotate,激活SurfaceRemsher和TrimmedCellMesher。
3、BaseSize设为5mm,TargetSize百分比设为50,MinimumSize百分比设为10,MaximumCellSize百分比设为50,右键Execute网格划分,完成后保存文件。
初始条件
1、利用FieldFu艘绒庳焰nction函数定义Liquid和Air的初始空间分布。点击Tools>FieldFuncti泠贾高框ons,右键New>Scalar,命名为Distribution(H2O)。在Definition里输入坐标的条件判断语句($$Position[2]<=0.01)?1:0。同理,新建FieldFunction,命名为Distribution(Air),Definition中输入1-${Distribution(H2O)}。
2、展开InitialConditions,VolumeFraction方法选择Composite,H2O选择Distribution(H2O),Air选择Distribution(Air),定义在隔层内的区域为H2O,其他区域为空气。
3、展开ReferenceValues,设置Gravity矢量为[0.0,0.0,-9.81]m/s^2,重力沿-Z方向。
翻转条件
1、展开Tools>Motions,右键新建Rotation,AxisDirection设为[1.0,0.0,0.0],箱体沿X轴旋转,参考全局坐标系的零点。点击RotationRate,将转速设为0.25rps,转/秒。
2、展开Regions>Rotate>PhysicsValues>MotionSpecification,Motion状态勾选Rotation。
求解条件
1、展开Solvers,ImplicitUnsteady时间步长设为0.01s。
2、展开StoppingCriteria,不勾选MaximumSteps,MaximumInnerIterations设为15步,MaximumPhysicalTime设为1s。
后处理显示
1、新建ScalarScene,Sc瞢铍库祢alarField选择VolumeFractionofH2晦倘佳鳎O,监控H2O的体积变化。Parts选择Rotate,ContourStyle选择SmoothFilled。点击ColorBar,将TitleHeight设为0.04,LabelHeight设为0.035。将模型调整到合适的角度显示。
2、展开Attributes>Upda隋茚粟胫te,Trigger选择TimeStep,勾选SaveToFile,BaseFilen锾攒揉敫ame设为Rotate,Trigger选择Time-Step,指定保存路径。Time-StepFrequency设为1。
3、展开Tools>Annotations>SolutionTime,拖拽至ScalarScene,将SolutionTime的Height设为0.04。
4、在Reports下新建Expression1,命名为RotateAngle,在Definition里定义为360*${Time}*0.25,计算旋转角度。右键创建Annotation,然后重复上一步操作,在ScalarScene里显示旋转角度。
5、在Reports下新建Maximum1,命名为CourantNumber,Fi娣定撰钠eldFunction选蒉揉坟巡择ConvectiveCourantNumber,Parts选择Rotate,右键CreateMonitorandPlot。监控库朗数,观察收敛状态。
6、创建截面监测H2O流动状态。点击DerivedParts>NewPart争犸禀淫>Section>Plane,InputParts选择Rotate芟坳葩津,Normal向量为[1,0,0],Origin向量X值输入-0.085m,勾选NoDisplayer,点击Create。
7、复制ScalarScene1,将Parts改为PlaneSection。修改图片导出路径。
提交计算
1、保存,初始化,提交计算。红色区域为H2O,蓝色区域为Air。
计算结果
1、整个Region上的H2O体积分布。
2、截面上的H2O体积分布。