【案例】搅拌器流体动力学计算

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1、问题的描述

如图所示，搅拌器的中流动介质为水，搅拌器的转动速度为1500rpm，分析流体稳态下的流速场和压力场。

2、动参考系简介

ANSYS FLUENT 求解流体流动及热传递方程，默认情况下求解的是静态参考系（或者惯性系）情况下。然而，对于许多问题，若能在动参考系（或非惯性系）下进行求解则非常有利。这些问题常常涉及到运动部分（例如旋转的叶片、桨以及类似的运动面），而且这些旋转部分的流动情况正是感兴趣区域。在大多数问题中，运动部分导致在固定参考系中的问题为瞬态。通过使用运动参考系，流过运动部分能转化为稳态问题进行求解。

ANSYS FLUENT 的动参考系模拟能力允许用户通过在选择的网格区域激活运动参考系模拟求解涉及到动区域的问题。当动参考系被激活时，运动方程被修改为包含额外加速度项，主要由于从静态参考系转化为动参考系所形成的。通过在稳态状态下求解这些方程，运动部分周围流动能够被模拟

3、旋转参考系流动

使用动参考系的主要原因在于解决一些静止参考系(惯性系)中有关运动参考系的非稳态问题。对于一个稳定的旋转参考系(如旋转速度为常数)，将其流动运动方程转换至旋转参考系中，进而求解其稳态解是可能的。默认情况下，ANSYS FLUENT在恒定转速情况下允许激活运动参考系。如果旋转速度不是常数，变换后的方程将包含一些ANSYS FLUENT不包含的额外项(尽管它们可能通过使用用户自定义函数添加至源项中)。注意到在具有恒定转速的运动参考系中同样可以采用瞬态模拟。例如，旋转风扇页面的涡脱落。

3.1旋转参考系方程

3.2 单旋转系模拟

许多问题允许整个计算域只涉及到一个旋转系(因此称之为SRF模型)。在这些问题中，2.2.1节给定的方程在所有计算区域网格上被求解。在SRF模型下规定适当的边界条件可以采用稳态求解。在特定情况下，壁面边界存在以下要求:

--使用参考系的运动壁面允许有任何形状。一个例子为泵叶轮上的叶片表面。相对参考系定义此壁面边界为无滑移条件，因此移动壁面上相对速度为零。

--壁面能够定义为在静止坐标系下无运动的，但是这些壁面必须为关于旋转轴旋转的表面。这里的壁面条件为华裔壁面，因此壁面上绝对速度为零。一个这方面的例子为带有旋转叶片的圆柱形风道内表面。

MRF模型是多区域计算两种方法中最简单的一种。它采用稳态近似，在各个区域上可以假定不同的旋转或移动速度。每个运动区域网格中使用运动参考系方程求解流动。如果区域为静止的，方程即化为静止系形式。在个计算域的分解面上，使用一个局部参考系将一个区域中的流动变量进行通量计算并转换到相邻的区域。

4、问题的求解过程

4.1 建模

4.2 网格划分

4.3 Fluent前处理

4.4 Fluent后处理

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