一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法技术

本发明专利技术公开了一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法，计算时首先利用前处理软件建立网格，网格建立后对模型进行定义，然后利用计算软件进行迭代计算及后处理；为保证建立网格的精确性，采用ICEM建立网格，建立网格检查网格质量达到要求后，利用Fluent14.5求解器对二维水气两相网格求解；利用Fluent进行模拟计算及后处理后，得到各模型气相流迹图、气相体积分布云图以及气相体积分数曲线；本发明专利技术使用计算流体力学模拟，以直观的模拟计算结果来指导设计；不仅可以减少试验，还可提高设计准确性，有助于气浮池的设计。

A method to establish the hydrodynamic model of the air flotation area of the sedimentation air flotation tank

【技术实现步骤摘要】
一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法
本专利技术涉及计算机图形流体力学领域，具体是一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法。
技术介绍
随着《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)颁布实施，水厂传统的混凝-沉淀-消毒工艺已难以满足新标准的要求。因此都面临改造升级的状态，水厂工艺改造后的沉淀气浮池气浮区设计存在巨多不合理之处，如果对沉淀气浮池运行效果，同时运用计算流体力学方法对沉淀气浮池进行流场特性数值模拟，考察浮沉池池体结构及流场特征，进一步优化运行参数。可能会减少试验，还可能提高设计准确性，有助于气浮池的设计。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，主要是依靠软件来实现，计算时，首先利用前处理软件建立网格，网格建立后对模型进行定义，然后利用计算软件进行迭代计算及后处理。为保证建立网格的精确性，采用ICEM建立网格，建立网格检查网格质量达到要求后，利用Fluent14.5求解器对二维水气两相网格求解。利用Fluent进行模拟计算及后处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤1：利用前处理软件建立网格，采用ICEM建立网格；/n步骤2：网格建立后对模型进行定义，模型定义采用Fluent的定义方式，利用软件操作定义计算模型、混合流模型、湍流模型、物相、边界条件；/n步骤3：利用计算软件进行迭代计算及后处理，得到各模型气相流迹图、气相体积分布云图以及气相体积分数曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：利用前处理软件建立网格，采用ICEM建立网格；
步骤2：网格建立后对模型进行定义，模型定义采用Fluent的定义方式，利用软件操作定义计算模型、混合流模型、湍流模型、物相、边界条件；
步骤3：利用计算软件进行迭代计算及后处理，得到各模型气相流迹图、气相体积分布云图以及气相体积分数曲线。


2.根据权利要求1所述的一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法，其特征在于，步骤1中采用ICEM建立结构网格，具体建立方法步骤如下：
(1)设定工作目录；为方便记录，选择工作目录为桌面；
File→ChangeWorkingDir→Desktop
(2)创建Point；根据图形计算各点坐标，通过输入坐标的方法输入一个基准坐标，剩余坐标可手动输入，也可经过偏移基准坐标的方法建立；
Geometry→CreatePoint→ExplicitCoordinates→BasePointandDelta
(3)创建Curve；本试验池型较为方正，故采用连两点成线段的方法创建线条，选择时注意按照顺序选择，否则创建Curve会失败；
(4)定义Part，完成后检查是否正确；ICEM中Part的名称将会是网格生成后边界的名称，在此时进行定义，不仅可以明确边界，还可简化在求解器中的定义过程。针对本试验，建立Part包括：待处理水入口(IN1)、两个回流溶气水入口(IN2、IN3)、处理后出水口(OUT1)、两个池顶自由液面(OUT2、OUT3)、墙面(WALL)；
Model→Parts→CreateParts→Part→CreatePartbySelection→Selectentities
(5)创建Surface并定义Surface的Part。Surface为网格数据提供指针，是建立网格节点的基础，ICEM提供了多种Surface生成方法；如根据Point或Curve创建，拉伸、旋转Curve生成面，偏移、分割、合并已有面等方法；本试验首先通过Points建立基础运算面，然后通过Curve切割掉不需计算的小面，即实际池体的墙面；剩余区域为计算面，即实际流体运动区域；选择Points注意按照一定的方向，顺时针或者逆时针，否则无法生成正确的Surface；Part定义方法同(4)；
Geometry→Craet/ModifySurface→SimpleSurface→From4Points→Selectlocations→Apply→Segment/TrimSurface→ByCurve→SelectCurves→Apply
(6)删除多余Curve；因个人操作或面生成方法本身可能会出现额外的线，这些多余的线会给后期计算块的生成造成不必要的麻烦，故在面建成后将多余Curve删除；并删除模型树中默认生成的GEOM的Part；注意删除时隐藏所有定义后的Part。正确生成Surface并删除多余Curve进行整理后；
Geometry→DeleteCurve→SelectCurve(s)→V
Model→Parts→GEOM→Delete
(7)创建Block；因Block是生成结构化网格的基础，故其建立起到至关重要的作用；创建前，首先分析几何模型，将其分解成为拓扑结构，然后建立；
Blocking→CraetBlock→Part→FLUID→InitializeBlocks→Type→2DPlanar→Apply
(8)划分Block；将Block划分为小块，一是便于计算，二是便于去除非计算区域块；
Blocking→SplitBlock→SelectEdge→Split→PrescribedPoint→SelectPoint
(9)删除无用Block；对于试验池型而言，池壁部分为不需计算区域，故需删除其相应的Block；
Blocking→DeleteBlock→Deletepermanently→SelectBlocks→Apply
(10)建立映射并检查；建立几何模型与Block之间的映射，本试验中主要是Edge和Curve之间的映射；
Blocking→Associate→AssociateEdgetoCurve→Projectvertices→SelectEdge→Selectcompcurve→Apply
(11)定义网格节点数；节点数定义方法可根据等分线或等距建立，点距越小，网格越小，相同大小区域内网格数越多，计算越精确，但当网格小到一定程度后，不仅计算量大大提高，计算精度并没有提高，本试验正式进行前，采用多种点距进行试验，最终采用尽量满足等距5mm建立节点；设置定义时，通过计算后手动输入节点数控制点距为5mm；
Blocking→Pre-meshParams→EdgeParams→SelectEdge→Nodes→MeshLaw→BiGeometric→CopyParameters→ToAllParallelEdges→Apply
(12)生成网格；通过以上定义；
(13)检查网格质量；本试验采用Determinant2×2×2(基础行列式)和Angle(角度)两个方面检查网格质量；正常网格质量在0～1之间，值越大表明网格质量越好，故在网格建立后检查网格质量，若出现较小值时说明网格建立尚需进行修改优化；
Blocking→Pre-meshQualityHistograms→Criterion→Determinant2×2×2/Angle→Apply
(14)保存网格；检查并修正网格后保存网格，作为后期计算的基础；
Model→Blocking→Pre-mesh→ConverttoUnstructMesh→CurrentCoordinatesystemisglobal→File→Mesh→SaveMeshAs
(15)选择求解器并导出用于求解器计算的网格文件；因求解器采用Fluent14.5，故需保存格式为.msh；
Output→SelectSolver→Fluent-V6→Apply
Output→Writeinput→NO→Griddimension→2D→Outputfile→Done。


3.根据权利要求1所述的一种沉淀气浮池气浮区流体力学模型的建立方法，其特征在于，步骤2所述网格建立后对模型进行定义，通过利用软件操作定义计算模型、混合流模型、湍流模型、物相、边界条件，具体实现的步骤方法如下：
(1)选择Fluent求解器；本试验采用二维模拟，所以在启动Fluent时选择二维单精度求解器即可；
Fluent→Dimension→2D→ProcessingOptions→Serial→OK
(2)读取网格文件；网格文件是Fluent的计算基础，本试验网格采用非结构化网格，由ICEM建立，格式为.msh；
File→Read→Case→SelectFile→OK
(3)设置计算区域尺寸单位；Fluent默认尺寸单位是m，但实际试验建立模型尺寸单位为mm，故先将尺寸单位更改为mm，即可满足实际几何尺寸；
Mesh→Scale→Scaling→MeshWasCreatedIn→mm→Scale→Close
(4)检查已读取的网格文件；虽然在ICEM中通过Determinant和Angle两种方法进行检查，但检查合格后网格不一定可用于Fluent计算，故需在Fluent中再次检查；此时检查不仅可以验证网格是否可用，还会给出网格坐标范围、网格数量、网格最小体积和最大体积等信息；注意，网格最小体积必须大于零，当出现最小体积小于零时，说明出现负网格，不能进行后续计算；
Mesh→Check
(5)显示网格；当网格尺寸设定完毕，并满足最小体积大于零等要求后，可以在Fluent的GraphicsWindow中看到网格；
Display→Mesh
(6)选择计算模型，定义基本求解器；Fluent求解器的默认设置是分离算法，计算模式可通过General面板定义压力基或密度基、隐式或显式、定常与否等基本模型；本试验受重力影响显著，所以定义时需勾选重力选项，并考虑方向向下，故定义y方向重力加速度为-9.81m/s2。
General→Solver→Type→Pressure-Based→VelocityFormulation→Absolute→Time→Steady→2DSpace→Planar→Gravity→GravitationalAcceleration→Y
(7)定义混合流模型；本试验因水气两相速度不同，故采用Mixture模型进行模拟计算分析，相数为两相，混合参数勾选滑移速度；
Define→Models→Multiphase→MultiphaseModel→Model→Mixture→MixtureParameters→SlipVelocity→NumberofEulerianPhases→OK
(8)定义湍流模型；本试验流动为紊流，故采用k-ε黏性模型；
Define→Models→ViscousModel→Model→k-epsilion(2eqn)→k-epsilionModel→Standard→Near-WallTraetment→StandardWallFunctions→OK
(9)设置操作环境；用于定义试验环境的压力场和速度场等环境因素；压力场不仅可以设置大小，还可以设置定义位置，不进行位置设置时默认为无限远，本试验采用压力场为全空间标准大气压；重力场在计算模型中已定义，不需重复定义；
Define→Models→OperatingConditions→Pressure→Operati...

【专利技术属性】
技术研发人员：林清丽，王萌萌，田立平，刘永剑，刘威，
申请(专利权)人：山东职业学院，
类型：发明
国别省市：山东;37