在这个练习中，将对注入均匀流场的粒子进行一次粒子研究。需要考虑重力的作用，并学习指定注入的固体粒子的类型。此外还将建立不同的边界条件，反映粒子是如何在模型中运动的（图12-14）。

图12-14 注入粒子到均匀的流体流动中

项目描述

为了简化分析，本问题将以2D（例如，选择XY平面作为参考）流动问题的方式进行求解。

对应的SOLIDWORKS模型如图12-15所示。对于仿真的对称条件而言，两组壁面都是非常理想的。通道的长度为0.233m，高度为0.12m，而且所有壁厚都为0.01m。这个问题中包含均匀的流体速度vinlet，流体温度为293.2K，在通道入口采用湍流带层流的边界层默认数值，在通道出口指定1atm的静压。采用级别5，对这个流体流动进行计算。

图12-15 SOLIDWORKS简化模型

操作步骤

步骤1 打开零件文件

打开Lesson12\Exercises文件夹下的文件“chanl”，确认激活的配置为Default。

步骤2 创建一个项目

使用【向导】，按照表12-3的设置新建一个项目。

表12-3 选项卡的项目及设置

会弹出下面提示：

“流体体积识别因模型当前并非水密而失败。内部任务必须具有密封的内部体积。您需要关闭开口和孔眼以使内部体积密闭。

您可以使用‘创建盖’工具关闭开口。是否要打开‘创建盖’工具？”

单击【否】。仿真将以2D的方式运行，因此无需对模型的开口使用封盖来封闭。

步骤3 定义计算域

在【计算域】属性框中，【类型】单击【2D模拟】，并选择【XY平面】。

步骤4 设置入口边界条件

在代表入口的SOLIDWORKS特征内表面，指定【垂直于面】的入口速度0.6m/s，如图12-16所示．

步骤5 设置出口边界条件

在通道入口速度另一侧的内表面，指定【静压】的边界条件，如图12-17所示。接受默认的环境参数。

图12-16 设置入口边界条件

图12-17 设置出口边界条件

理想壁面

理想壁面的条件是允许用户指定一个绝热的、光滑的壁面边界条件，而不是默认的流体带摩擦壁面。如果条件合适，用户还可以将理想壁面的条件应用到流动的对称基准面上，这有助于减少计算资源。

步骤6 选择理想壁面条件的面

选择挡板的顶面和底面．可以使用Ctrl键同时选择这两个面.

右键单击边界条件，选择【插入边界条件】。(www.daowen.com)

在【类型】选项组中，单击【壁面】并选择【理想壁面】按钮，如图12-18所示。

单击【确定】。

步骤7 设置工程目标

在用于定义速度边界条件的入口表面，对其静压的平均值指定一个表面目标。

步骤8 运行分析

步骤9 使用一次注入来建立粒子研究

图12-18 选择壁面

在SOLIDWORKS Flow Simulation分析树中，右键单击结果下的粒子研究，选择【向导】。

在第一个属性框中保持默认的名称粒子研究1。单击【下一步】，定义第一个注入。

在【注入1】属性框中，单击【起始点】选项组中的【坐标】，输入注入的坐标：0m、0m、0m。单击【添加点】，将点添加到列表中。

在【粒子属性】选项组中，指定粒子的【直径】为0.001m，【材料】为【铁】，【质量流量】为1kg/s。【初始粒子温度】选择【相对】，设为0K。并按照下面的数值指定【绝对】初始速度：

X方向的速度=0.6m/s。

Y方向的速度=1.2m/s。

Z方向的速度=0m/s。

单击【下一步】。

步骤10 设置粒子研究的边界条件和物理特征

在【默认壁面条件】属性框中，保持默认的【吸收】条件。单击【下一步】。

在【物理设置】属性框中，勾选【重力】复选框并在【Y方向重力】中输入-9.81m/s²。单击【下一步】。

在【计算设置】属性框中，保持所有参数为默认值并单击【下一步】。

在【运行】属性框中单击【运行】。这个计算会很快得到结果。

步骤11 显示粒子迹线

在SOLIDWORKS Flow Simulation分析树中，右键单击注入并选择【显示全部】。

用户还可以从SOLIDWORKS Flow Simulation分析树中右键单击注入1，选择【显示】来查看粒子迹线，如图12-19所示。

图12-19 显示粒子迹线

提示

用户可以【编辑定义】粒子研究1，关闭重力选项再重新运行这个粒子研究，以查看关闭重力选项对结果的影响。用户还可以退回使用不同的材料、直径、和（或）速度来观察这些影响。

如果时间允许的话，请尝试以下三种组合：

●空气的流动速度v_inlet=0.002m/s，黄金粒子的直径d=0.5mm，垂直于壁面的注入速度为0.002m/s。

●水流速度v_inlet=10m/s，铁粒子的直径d=1cm，垂直于壁面的注入速度分别为1m/s、2m/s和3m/s。

●Y方向引力场的粒子迹线（重力加速度g_y=-9.81m/s²，空气的流动速度v_inlet=0.6m/s，铁粒子的直径d=1cm，相对壁面呈63.44°的角度对应的注入速度为1.34m/s）。