水(或其他液体)在输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停车、骤然启闭导叶时，会导致流速发生突然变化，同时压力产生大幅度波动的现象，工程上称之为水击或水锤。本文利用Fluent计算管道出口突然封闭导致的水击现象。

直径10 mm，长度150 mm的管道，入口总压500000 Pa，出口静压0 Pa，出口位置在0.00001 s时刻被关闭，计算管道内流体压力变化。

计算网格如图所示。

这里采用先稳态后瞬态的计算方式。

1 稳态计算

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent
• 读入计算网格Hammer.msh

1.1 General设置

• General面板中选中选项Axisymmetric，采用轴对称进行计算

1.2 Models设置

• 指定采用Realiable k-epsilon湍流模型

1.3 Materials设置

• 添加材料water-liquid，指定其密度为compressible-liquid

• 弹出对话框中采用默认参数

1.4 计算区域设置

• 计算区域中指定材料介质为water-liquid

1.5 边界条件设置

• 指定入口总压500000 Pa

注：对于可压缩液体，不宜使用速度入口。

• 指定出口静压为0 Pa

1.6 初始化并计算

• 指定迭代200步并进行计算

注：稳态计算并非必须，这里只是想得到一个稳定的初始场，缩减计算时间而已。也可以直接从瞬态开始计算。

2 瞬态计算

2.1 General设置

• General面板中选中选项Transient

2.2 边界转换

设置从1e-5秒时刻将出口边界转换为壁面边界。这里有两种方式，任选一种即可。

1、利用Event控制（推荐）

• 进入Dynamic Mesh设置面板，点击**Events…**按钮进入设置对话框

• 如下图所示，设置Number of Events为1，勾选On下方的复选框，设置At Time为1e-5 s，点击**Define…**按钮进入设置对话框

• 如下图所示，设置Type为Change Zone Type，选择计算区域为outlet，指定New Zone Type为wall，点击OK按钮关闭对话框

2、采用读取Scheme文件的方式

这种方式利用Execute Command方式加载TUI命令，读取Scheme文件对边界条件进行控制。由于涉及到频繁的文件读取，会降低计算速度。不推荐使用。

• 准备下面的脚本文件，保存文件名为ham.scm

(cond
((< (rpgetvar 'flow-time) 0.00001)
    (ti-menu-load-string "define/boundary-conditions/zone-type 11 pressure-outlet"))
 
((> (rpgetvar 'flow-time) 0.00001)
    (ti-menu-load-string "define/boundary-conditions/zone-type 11 wall")
    (ti-menu-load-string "define/boundary-conditions wall 11 no no no 0 no 0.5"))
)

• 右键选择模型树节点Solution → Calculation Activities → Execute Commands，选择弹出菜单项New，打开设置对话框，如下图所示进行设置

2.3 定义监测

• 监测出口静压力

• 定义计算域中的监测点，这里定义一个计算域中心位置的点

• 监测计算域中心点的总压变化

2.4 自动保存

• 设置自动保存

2.5 设置计算

• 设置迭代次数10000，时间步长设置为1-e6 s

注意：这里时间步长应当足够小，建议低于水中应力波的周期，时间步长过大容易导致计算不稳定。

3 计算结果

这里没有算完，只计算了1330步，时间0.00133 s。

• 管内总压变化

• 监测得到的出口静压。压力峰值在逐渐降低。

• 监测得到的计算域中心位置的总压随时间变化，压力峰值在逐渐降低。

练习文件：

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道