【小白的CFD之旅】10 敲门实例

本文详细介绍了使用ANSYS FLUENT进行交叉管内流动混合模拟的入门案例,涵盖从网格导入、参数设置到后处理的全过程。重点介绍了如何设置流体属性、边界条件以及选择合适的计算模型,旨在帮助初学者掌握CFD的基本操作。

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按黄师姐的说法,做好第一个案例很重要。第一个案例既可以帮助理解CFD的工作流程,还可以帮助熟悉软件的操作界面。
黄师姐推荐的入门案例来自于ANSYS官方提供的培训教程,是一个关于交叉管内流动混合的案例,涉及到流动及传热。

1.问题描述

两个异径管道相交,分别流入不同温度的介质,利用FLUENT求解介质混合后的状态。

2.案例目的

案例包含了利用FLUENT进行仿真计算的基本步骤。通过本案例可以学习的内容包括:

  • 读入计算网格
  • 选择并设置流体介质属性
  • 定义计算边界条件
  • 设置计算监测
  • 进行仿真计算
  • 计算后处理

2.FLUENT设置

2.1 导入网格

案例中并没有包括几何模型创建及网格划分过程,因此案例从网格导入开始。

  • 启动FLUENT,启动面板中进行如图所示设置。
    • Dimension:选择3D
    • Working Directory:选择设置案例工作路径
  • Fluent启动后,导入网格文件
    • 利用菜单File|Read|Mesh…,在弹出的文件选择对话框中选择网格文件Mixing_tee.msh,选择OK按钮确认选择

2.2 General设置

选择模型树节点General后,在其右侧会显示出General节点的设置面板,如图所示。


图中包含的按钮及选项:

  • Scale:缩放网格尺寸
  • Check:检查网格
  • Report Quality:报告网格质量
  • Diaplay:显示网格
  • Type
    • Pressure-Based:采用压力基求解器
    • Density-Based:采用密度基求解器
  • Velocity Formulation
    • Absolute:绝对速度
    • Relative:相对速度
  • Time
    • Steady:采用稳态计算
    • Transient:采用瞬态计算
  • Gravity:设置重力加速度
  • Units:设置单位

  • 1.Display
    导入网格后网格并不直接显示在图形窗口中,此时可通过树形节点General中的设置面板中Dispaly按钮显示计算网格

  • 2.模型Scale
    选择模型树节点General,之后选择参数面板中的Scale…按钮,在弹出的对话框中检查计算域尺寸。如图所示。

    查看图中的Domain Extents,观察计算域尺寸与要模拟的计算空间尺寸是否吻合,若不吻合的话,需要通过设置缩放因子对网格进行缩放。

  • 3.Check网格
    点击Check按钮,软件自动检查网格并在文本窗口中显示网格信息,包含计算域尺寸、网格体积统计、网格面统计等。如图所示。

    比较重要的参数为minimum Volume,确保该参数值为正值。建议在读入网格之后及网格缩放之后进行网格检查工作

  • 4.Report Quality
    点击此按钮输出网格质量信息。如图所示。根据网格形状的不同,FLUENT输出的网格质量评价指标也不相同。对于本案例,FLUENT输出了三个参数:
    • Minimum Orthogonal Quality:最小正交质量
    • Max Ortho Skew:最大正交歪斜率
    • Maximum Aspect Ratio:最大长宽比

最小正交质量值范围为0~1,最差为0,最好为1,一般情况下要求网格最小正交质量大于0.2;最大歪斜率取值0~1,越小越好。

  • 5.采用Pressure-Based求解器
  • 6.使用Absolute速度格式
  • 7.采用Steady稳态计算
  • 8.设置Units
    默认温度单位为K,这里为方便起见设置温度单位为℃。选择按钮Units..打开单位设置面板。如图所示,选择Quantities列表项temperature,在右侧列表框中选择单位为c。完毕后点击Close关闭对话框。

    不管使用何种单位,FLUENT在求解时始终使用国际单位制,这里设置单位只是为了前处理设置方便。


2.3 Models设置

模型树节点Models用于选择并设置计算过程中所涉及的物理模型。如图所示。


FLUENT提供的计算模型包括:

  • Multiphase:多相流模型,用于模拟多相流现象。
  • Energy:能量模型。当计算涉及到传热时需要激活能量模型。
  • Viscous:粘性模型。如考虑湍流时需要在粘性模型中进行设置
  • Radiation:辐射模型。当计算域中存在大的温差需要考虑辐射效应时需要激活此模型
  • Heat Exchanger:热交换器。在计算域中构造换热器模型
  • Species:组分模型。当需要模拟组分扩散或化学反应时需要设置此模型
  • Discrete Phase:离散相模型。模拟计算域中的稀薄颗粒运动轨迹
  • Solidification & Melting:凝固融化模型,模拟材料固液相变
  • Acoustics:气动声学计算
  • Eulerian Wall Film:欧拉液膜模型
  • Electric Potential:电势模型

本案例中涉及到传热及湍流,因此需要激活EnergyViscous模型。

  • Energy模型设置
    Energy模型不需要设置任何参数,只需要激活即可。
  • Viscous模型设置
    激活Viscous后,选择k-epsilon模型,在子模型选项中选择Realizable,如图所示。

注:由于案例较长,因此将其拆散为多篇


郑重申明
  • 本系列根据真实经历改编,如有雷同实属巧合,请勿人肉
  • 转载请务必保证文字完整

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MPU6050是一款广泛应用在无人机、机器人和运动设备中的六轴姿态传感器,它集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。这款传感器能够实时监测并提供设备的角速度和线性加速度数据,对于理解物体的动态运动状态至关重要。在Arduino平台上,通过特定的库文件可以方便地与MPU6050进行通信,获取并解析传感器数据。 `MPU6050.cpp`和`MPU6050.h`是Arduino库的关键组成部分。`MPU6050.h`是头文件,包含了定义传感器接口和函数声明。它定义了类`MPU6050`,该类包含了初始化传感器、读取数据等方法。例如,`begin()`函数用于设置传感器的工作模式和I2C地址,`getAcceleration()`和`getGyroscope()`则分别用于获取加速度和角速度数据。 在Arduino项目中,首先需要包含`MPU6050.h`头文件,然后创建`MPU6050`对象,并调用`begin()`函数初始化传感器。之后,可以通过循环调用`getAcceleration()`和`getGyroscope()`来不断更新传感器读数。为了处理这些原始数据,通常还需要进行校准和滤波,以消除噪声和漂移。 I2C通信协议是MPU6050与Arduino交互的基础,它是一种低引脚数的串行通信协议,允许多个设备共享一对数据线。Arduino板上的Wire库提供了I2C通信的底层支持,使得用户无需深入了解通信细节,就能方便地与MPU6050交互。 MPU6050传感器的数据包括加速度(X、Y、Z轴)和角速度(同样为X、Y、Z轴)。加速度数据可以用来计算物体的静态位置和动态运动,而角速度数据则能反映物体转动的速度。结合这两个数据,可以进一步计算出物体的姿态(如角度和角速度变化)。 在嵌入式开发领域,特别是使用STM32微控制器时,也可以找到类似的库来驱动MPU6050。STM32通常具有更强大的处理能力和更多的GPIO口,可以实现更复杂的控制算法。然而,基本的传感器操作流程和数据处理原理与Arduino平台相似。 在实际应用中,除了基本的传感器读取,还可能涉及到温度补偿、低功耗模式设置、DMP(数字运动处理器)功能的利用等高级特性。DMP可以帮助处理传感器数据,实现更高级的运动估计,减轻主控制器的计算负担。 MPU6050是一个强大的六轴传感器,广泛应用于各种需要实时运动追踪的项目中。通过 Arduino 或 STM32 的库文件,开发者可以轻松地与传感器交互,获取并处理数据,实现各种创新应用。博客和其他开源资源是学习和解决问题的重要途径,通过这些资源,开发者可以获得关于MPU6050的详细信息和实践指南
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