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水流对沙滩冲刷过程的数值模拟

本案例是对水流冲刷沙滩过程的气固液三相流进行数值模拟，如图5-3-1所示，这是一个简化的二维模型，区域总长度为2000mm，总高度为500mm，下半部为一倾斜的沙子区域。水流从左上角的100mm高的进口流入，进入区域冲刷沙子，然后从右侧500mm高的出口流出。
通过模拟，可清楚的看到水流对沙滩的冲刷过程，已经气固液三相的分布情况。
图5-3-1 水流冲刷模型
Fluent求解计算设置
1．启动Fluent-2D
（1），进入启动界面。
（2）选中Dimension→2D单选按钮，取消对Display Options下的三个复选按钮的选择。
（3）其它保持默认设置即可，单击OK按钮进入Fluent 。
2．读入并检查网格
（1）执行菜单栏中的File→Read→Mesh命令，在弹出的Select 。
（2）执行菜单栏中的Mesh→Info→Size命令，得到如图5-3-3所示的模型网格信息：共有14342个节点，28411个网格面，14070个网格单元。
（2）执行菜单栏中的Mesh→Check命令。反馈信息如图5-3-4所示，可以看到计算域三维坐标的上下限，检查最小体积和最小面积是否为负数。
图5-3-3 网格数量信息

图5-3-4 Fluent网格信息
3．求解器参数设置
（1）单击选择左边workspace中Problem Setup→General命令，在出现的General面板中进行求解器的设置。
（2）General面板中，开启重力加速度。单击选中Gravity复选按钮，Y(m/s2)文本框输入-，Time下选中Transient单选框，其它求解参数保持默认设置，如图5-3-6所示。

图5-3-6求解参数设置
（4）单击选择Problem Setup→Model命令，对求解模型进行设置，如图5-3-7所示。
（5）双击Models→Viscous-Laminar选项（或选中Viscous-Laminar，然后点击Edit），打开Viscous Model窗口。
（6）在弹出的窗口中，Model下选择k-epsilon(2 eqn)单选按钮，其他保持默认，如图5-3-8所示，单击OK按钮，启动k-e湍流方程。

图5-3-7 计算模型选择 图5-3-8 湍流模型选择
（7）再次回到Models面板，双击Multiphase-off选项，打开Multiphase Model窗口。单击选中Model下Eulerian单选按钮， Number of Eulerian Phases设置为3，如图5-3-9所示，单击OK完成设置。
图5-3-9 多相流模型选择
4．定义材料物性
（1）单击选择Problem Setup→Materials命令，在出现的Materials面板中对所需材料进行设置，如图5-3-10所示。
（2）双击面板中的Materials→Fluid选项，弹出材料物性参数设置对话框，如图5-3-11所示。
（3）材料物性参数设置对话框中，单击FLUENT Database按钮，打开FLUENT Database Materials窗口，FLUENT Fluid Materials下选择water-liquid(h2o<1>)选项，如图5-3-12所示，单击Copy，复制水的物性参数。
（4）单击Change/Create按钮，保存对水物性参数的更改，单击Close关闭窗口。
（5）Name文本框输入sand，Chemical Formula清空，Density(kg/m3)设置为2500，Viscosity(kg/m-s)设置为10，如图5-3-13所示，单击Change/Create按钮，完成设置。

图5-3-10 材料选择面板
图5-3-11 空气物性参数
图5-3-12 水物性参数设置
图5-3-13 沙子物性设置
5．两相属性设置
（1）单击选择Problem Setup→Phases命令，在出现的Phases面板中对所需材料进行设置，如图5-3-14所示。
（2）双击Phases下phase-1-Primary Phase选项，打开Primary Phase窗口，Name中输入air，Phase Material右侧下拉菜单选择air选项，如图5-3-15所示。
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