2.2 车轮外流场稳态流动

2.2.1 案例介绍

图2-68所示为车轮几何模型，其入口流速为33m/s，请用ANSYS Fluent求解出压力与速度的分布云图。

2.2.2 启动Workbench并建立分析项目

参考算例2.1，启动Workbench并建立流体分析项目，如图2-69所示。

2.2.3 导入几何体

1）在A2栏的Geometry上右击，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入wheel.step几何体文件，此时A2栏Geometry后的变为，表示实体模型已经存在。

3）双击项目A中的A2栏Geometry，进入DesignModeler界面，此时设计树中Import1前显示，表示需要生成，图形窗口中没有图形显示，单击（生成）按钮，显示图形，如图2-70所示。

4）右击模型左侧，在图2-71所示的快捷菜单中选择Named Selection，弹出图2-72所示的Details of inlet面板，在Named Selection中输入inlet。

5）同步骤4），分别创建边界outlet、farwall、moving-floor、rotor-wheel和static-stand，如图2-73~图2-77所示。

6）执行主菜单File→Close DesignModeler命令，退出DesignModeler，返回Workbench主界面。

2.2.4 划分网格

1）双击项目B中的B2栏Mesh项，进入图2-78所示的Fluent Launcher 2020 R1（Setting Edit Only）对话框，单击Start按钮进入网格划分界面。

2）进入Fluent Meshing工作界面后，在Workflow流程树中单击选择Import Geometry，打开图2-79所示的Import Geometry面板，单击Update按钮导入几何模型，如图2-80所示。

3）进入Add Local Sizing面板，Size Control Type选择Body of Influence，Target Mesh Size中输入0.05，Face Zone Labels选择boi-near，即网格加密区域，然后单击Add Local Sizing按钮，如图2-81所示。

4）进入图2-82所示的Create Surface Mesh面板，Minimum Size中输入0.008，Maximum Size中输入0.25，Curvature Normal Angle中输入5，单击Create Surface Mesh按钮生成表面网格，如图2-83所示。

5）进入Describe Geometry面板，Geometry Type选择The geometry consists of only fluid regions with no voids，单击Describe Geometry按钮，如图2-84所示。

6）进入Update Boundaries面板，将farwall的Boundary Type选择为symmetry，单击Update Boundaries按钮，如图2-85所示。

7）进入Update Regions面板，保持默认值，单击Update Regions按钮，如图2-86所示。

8）进入Add Boundary Layers面板，保持默认值，单击Add Boundary Layers按钮，如图2-87所示。

9）进入图2-88所示的Create Volume Mesh面板，Fill With选择poly-hexcore，Max Cell Length中输入0.25，单击Create Volume Mesh按钮生成体网格，如图2-89所示。

10）单击工具栏Solution→Switch to Solution按钮进入Fluent求解界面。

2.2.5 定义模型

1）在Ribbon选项卡中单击Physics→General按钮，弹出图2-90所示的General面板。保持默认设置，Time选择Steady，进行稳态计算。

2）在Ribbon选项卡中单击Physics→Models→Viscous按钮，弹出图2-91所示的Viscous Model（湍流模型）对话框。

3）在Model中选择k-omega（2 eqn），在k-omega Model中选择SST，在Options中勾选Curvature Corrections，单击OK按钮确认。

2.2.6 边界条件

1）单击Ribbon选项卡中的Physics→Zone→Boundary Conditions按钮，启动图2-92所示的Boundary Conditions（边界条件）面板。

2）在Boundary Conditions面板中，双击inlet，弹出图2-93所示的Velocity Inlet对话框。在Velocity Magnitude中输入33，单击OK按钮确认退出。

3）在Boundary Conditions面板中单击outlet，在Type中选择pressure-outlet，弹出图2-94所示的Pressure Outlet对话框。保持默认设置，单击OK按钮确认退出。

4）在Boundary Conditions面板中双击moving-floor，弹出图2-95所示的Wall对话框。Wall Motion选择Moving Wall，在Motion中选择Translational，Speed设置为33，Direction的X中输入1，单击OK按钮确认退出。

5）在Boundary Conditions面板中单击farwall，在Type中选择wall，弹出图2-96所示的Wall对话框。Shear Condition选择Specified Shear，单击OK按钮确认退出。

6）在Boundary Conditions面板中双击rotor-wheel，弹出图2-97所示的Wall对话框。Wall Motion选择Moving Wall，在Motion中选择Rotational，Speed设置为100，Rotation-Axis Direction的Z中输入1，单击OK按钮确认退出。

2.2.7 求解控制

1）单击Ribbon选项卡中的Solve→Methods按钮，弹出图2-98所示的Solution Methods（求解方法设置）面板。勾选Warped-Face Gradient Correction和High Order Term Relaxation。

2）单击Ribbon选项卡中的Solve→Controls按钮，弹出图2-99所示的Solution Controls（求解过程控制）面板，Pressure设置为0.2。

2.2.8 初始条件

单击Ribbon选项卡中的Solution→Initialization按钮，弹出图2-100所示的Solution Initialization（初始化设置）面板。Initialization Methods选择Standard Initialization，Compute from选择inlet，单击Initialize按钮进行初始化。

2.2.9 求解过程监视

单击Ribbon选项卡中的Solution→Reports→Residuals按钮，弹出图2-101所示的Residual Monitors（残差监视）对话框。保持默认设置不变，单击OK按钮确认。

2.2.10 计算求解

1）单击Ribbon选项卡中的Solution→Run Calculation按钮，弹出图2-102所示的Run Calculation（运行计算）面板。在Number of Iterations中输入500，单击Calculate按钮开始计算。

2）计算收敛完成后，单击主菜单中的File→Close Fluent按钮退出Fluent界面。

2.2.11 结果后处理

1）双击C2栏Results项，进入CFD-Post界面。

2）单击工具栏中的→（平面）按钮，弹出图2-103所示的Insert Plane（创建平面）对话框，保持平面名称为Plane 1，单击OK按钮进入图2-104所示的Details of Plane 1（平面设定）面板。

3）在Geometry（几何）选项卡中，Method选择XY Plane，Z坐标取值设定为0，单位为m，单击Apply按钮创建平面，生成的平面如图2-105所示。

4）单击工具栏中的（云图）按钮，弹出Insert Contour（创建云图）对话框。输入云图名称为press，单击OK按钮进入图2-106所示的Details of press面板。

5）在Geometry（几何）选项卡中，Locations选择Plane 1，Variable选择Pressure，单击Apply按钮创建压力云图，如图2-107所示。

6）同步骤4），创建云图vec。

7）在图2-108所示的Details of vec面板Geometry（几何）选项卡中，Locations选择Plane 1，Variable选择Velocity，单击Apply按钮创建速度云图，如图2-109所示。

8）单击工具栏中的（流线）按钮，弹出Insert Streamline（创建流线）对话框。输入云图名称为Streamline 1，单击OK按钮进入图2-110所示的（Details of Streamline 1流线设定）面板。

9）在Geometry（几何）选项卡中，Type选择3D Streamline，Start From选择rotor wheel，单击Apply按钮创建流线图，如图2-111所示。

2.2.12 保存与退出

1）执行主菜单File→Close CFD-Post命令，退出CFD-Post模块返回Workbench主界面。此时主界面项目管理区中显示的分析项目均已完成。

2）在Workbench主界面中单击常用工具栏中的“保存”按钮，保存包含分析结果的文件。执行主菜单File→Exit命令，退出ANSYS Workbench主界面。