1 问题描述

压力容器内的高压气体，气体压强为15Mpa，推动金属活塞（宽度5mm）在刚性管内运动，从出口运动到外界大气中。

2 几何模型

采用SCDM创建二维几何模型，如下图所示。这里将几何模型简化为二维对称问题，可以降低计算量。

△ 几何模型

注：我们将整个计算域切分为几部分是为了方便动网格的设置

3 网格划分

利用ANSYS Meshing进行网格划分，具体步骤如下：

• 从SCDM中将画好的几何模型导入Workbench中。在主菜单栏中选择Workbench标签，之后点击WB 2020 R1即可将模型传入Workbench中，具体如下图所示。

几何模型导入Workbench

• 启动Workbench后，向工程窗口中拖入Mesh模块，并启动Meshing。
• 为流体域及边界命名。包含四个流体域：inipressure_1、inipressure_2、piston_fluid、fluid_out，四个固体边界piston、top、out、out2，三个流体域交界面interface_piston、interface_out、interface_inipressure2，以及一个对称边界symm。部分展示如下列图片所示。

inipressure_2

inipressure_1

piston_fluid

fluid_out

interface_piston

interface_out

interface_inipressure2

• 划分网格。活塞炮弹经过的区域网格尺寸为2mm，其他流体区域的网格尺寸为4mm，最终网格如下图所示。

划分好的网格

• 保存网格为Fluent格式。

4 Fluent求解设置

4.1 物理模型

开启瞬态求解，湍流模型选择k-e，开启能量方程。由于是高压气体的膨胀过程，所以需要将空气设置为理想气体。

4.2 边界条件设置

• 出口边界out、out2设置为压力出口，具体如下图所示。

出口边界条件

4.3 操作条件设置

点击主菜单栏中Physics→Zones→Cell Zones，在弹出的窗口中设置操作条件如下图所示。

操作条件设置

4.4 interface设置

手动设置interface交界面如下图所示。

Interface

4.5 动网格设置

• 双击模型树中Dynamic Mesh，开启Layering和Six DOF，并创建Six DOF属性如下图所示。

设置六自由度属性

• 创建的动网格区域及其参数设置如下列图片所示。

inipressure_1

piston_fluid

piston-inipressure_1

piston-piston_fluid

out2

top

4.6 初始化

采用标准格式进行初始化，然后在Patch中设置如下图所示。

初始化高压区域

4.7 计算设置

这里计算设置包含总时间步数和时间步长，具体如下图所示。

计算设置

5 结果赏析

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