【scFLOW】冰块融化仿真计算

本案例利用cradle scFLOW中的Free Surface及Solidification/Melting模型计算冰融化过程。

注：Cradle是一款挺好用的CFD软件，其包含scFLOW、sc/Tetra及scStream等，分别针对多面体、四面体以及六面体网格。目前Cradle软件已被MSC收编，更多关于该软件的细节，可自行上网查询。

计算模型如图所示。

边长0.1 m的立方体空间中存在一个0.03 m的立方体冰块，底部面施加热流10000 W/m2的热载荷，计算冰块溶解过程。

计算结果如下图所示。

注：本案例来自于软件随机Exercise文档。

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启动scFlow并导入几何

• 启动scFLOW，点击按钮Launch Preprecessor启动前处理器

• 打开的对话框中输入Project name为EX01，指定工作文件夹，并点击按钮Create创建工程文件

• 前处理窗口中点击树形菜单节点Import Part File，弹出文件选择对话框中打开几何文件exA27-1.x_t

几何导入后如下图所示。

• 点击模型树节点Build Analysis Model自动构建计算域

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指定材料

• 点击模型树节点Part Material弹出材料指定对话框

• 如下图所示，选中列表项COmputationalDomain及Ice，激活选项Fluid，选择材料air(incompressible/20C)，点击Apply按钮为计算区域赋予材料

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定义区域

这里需要指定底部加热面，并指定一个压力参考点。

• 点击模型树节点Register Region弹出边界定义对话框

• 如下图所示，图形窗口中选中模型底部两个面，在对话框Surface Region标签页下，设置Region name为heat，点击按钮Register为边界命名

• 进入Reference Point标签页，设置XYZ坐标为0.099 m，点击按钮Register定义参考点。点击按钮Close关闭对话框

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定义计算过程

• 点击模型树节点Conditions打开Condition Wizard对话框

在对话框中进行参数设定。

1、Analysis Type设置

• 点击对话框左侧模型树节点Analysis Type，右侧面板激活选项Flow、Heat、Free Surface、Solidification/Melting

• 点击Flow右侧按钮Method Setting…弹出流动设置对话框

• 对话框中指定流动形式为Laminar flow，如下图所示，点击OK按钮关闭对话框

2、Basic Settings

• 进入Basic Setting设置，如下图所示，激活选项Transient Analysis

• 设置Last Cycle为2000，指定Time Step为0.005 s

• 激活选项Consider gravity，确认重力加速度方向为负Z方向-9.81 m/s2

3、Initial Condition

• 点击树性节点Initial Condition，右侧列表选择列表项Ice，点击按钮Initial value弹出设置对话框

• 如下图所示，指定Temperature为-0.001 C，点击按钮Set指定参数

• 相同方式指定Volume of solid为1，表示该计算区域初始状态为固体

4、Boundary Condition设置

• 点击节点Thermal Boundary，右侧列表选择heat，点击按钮wall heat transfer condition弹出设置对话框

• 如下图所示，设置Outside region type为Heat flux，指定其值为10000 W/m2，点击按钮Set指定参数

5、Free Surface设置

• 点击模型树节点Free Surface，右侧面板选择列表项Material，右侧如图所示设置Gas region为空气，设置Liquid material为水

6、Solidfication/Melting设置

• 点击模型树节点Solidification/Melting，右侧面板选择列表项Material，右侧如图所示设置Liquid region为水，设置Soid material为冰

• 指定Latent heat of melting为334400 J/kg

7、Analysis Control设置

• 如下图所示操作顺序，设置能量方程最大迭代次数为10

• 点击模型树节点Analysis Control，右侧列表中选择Pressure Computation Method，点击右侧按钮Detailed Settings…弹出设置对话框

• 对话框中选择选项Fixed Pressure，按如下图所示顺序设置参考点位置压力为0，点击OK按钮关闭对话框

8、Output Setting of Analysis Data

• 如下图所示操作顺序设置文件保存频率为50个时间步保存一次，点击Finish按钮关闭条件向导对话框

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划分网格

• 点击模型树节点Octree Parameter打开设置对话框

• 如下图所示，选择选项Octree parameter，点击右侧按钮Detail…打开细节设置对话框

• 如下图所示，选择Basic Settings选项，激活选项Restrict maximum octant size为0.005，点击OK按钮关闭对话框

• 选择列表项Region，如下图所示，设置heat边界的网格尺寸参数，点击Create按钮创建octree，点击OK按钮关闭对话框

• 选择模型树节点Mesh Parameter打开网格参数设置对话框

• 对话框中点击按钮Detail…进入细节设置对话框

• 如下图所示，选择No-slip wall，点击按钮Cancel取消该边界网格参数

• 如下图所示操作顺序设置边界heat上的网格尺寸参数，点击OK按钮关闭对话框

• 在Mesh Parameter对话框中点击按钮Create Mesh创建多面体网格

生成的多面体网格如图所示。

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开始计算

• 选择菜单Execute → Execute Solver开始计算

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计算结果

计算完毕后，查看固相等值面可观察冰融化过程，如下图所示。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道