【Polyflow】01：轴对称旋转挤出成型

本案例描述利用Polyflow仿真计算2.5D挤出成型工艺。案例采用2D轴对称旋转模型，考虑在挤出头的旋转运动下挤出液被挤出后的自由面。

1 问题描述

案例要计算的几何模型如下图所示。流体以流量10 cm3/s进入挤出区域，螺旋头以2 rad/的角速度旋转。 在区域的上部用一个自由的表面来模拟挤出模外的挤出物。

由于模型涉及到自由面，因此将计算区域分割成2个子域：一部分包含自由面，另一部分为挤压区域。

2 Polyflow设置

2.1 启动Polyflow

• 启动Workbench，如下图所示，拖拽模块Fluid Flow(Polyflow)至右侧工程窗口

• 右键选择节点Mesh，点击弹出菜单项Import Mesh File… → Browse…弹出文件选择对话框，选择网格文件ext2d.msh

• 导入网格后的流程如下图所示

• 双击A3单元格Setup进入Polydata工作界面，如下图所示

2.2 定义Task

• 点击按钮Create a new task，弹出面板中，如下图所示选择选项F.E.M task、Steady-state problem(s)及2D 1/2 axisymmetric geometry

注：由于要考虑到旋转，所以采用2.5D轴对称模型

• 点击按钮Accept the current setup返回至上一级菜单，点击按钮Create a sub-task，如下图所示

• 选择选项Generalized Newtonian isothermal flow problem

• 弹出对话框中设置task名称为die swell

• 点击选项!Domain of the sub-task，进入如下图所示面板，采用默认设置

• 点击按钮Upper level menu进入上一级菜单

2.3 设置材料

• 点击选项!Material data进入材料编辑，选择按钮Shear-rate dependence of viscosity选择基于剪切率的粘度

• 进入粘度设置面板，选择Cross law

• 进入Cross law，如下图所示设置材料参数

注：在非牛顿流体挤出模拟中，材料本构非常重要。

• 连续点击Upper level menu三次回到die swell面板

2.4 Boundary Conditions设置

• 所示点击按钮!Flow boundary conditions进入边界条件设置面板

1、Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_1设置

• 鼠标双击列表项Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_1 ，弹出面板中选择Inflow，进入入口设置面板

• 选择选项Modify volumetric flow rate = 1.000000E+00，弹出设置对话框

• 如下图所示，设置值为10，点击OK按钮关闭对话框

• 点击Upper level menu回到Flow boundary conditions面板

注：单位在后面设置

2、Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_2设置

• 该边界保持为默认Zero wall velocity (vn=vs=0)边界条件

注：Zero wall velocity (vn=vs=0)边界为固定无滑移壁面边界

3、Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_3设置

• 鼠标双击列表项Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_3 ，弹出面板中选择Free surface，进入设置面板

• 选择选项Boundary conditions on th e moving surface进入设置面板

• 鼠标双击选项No condition alog BS_2，弹出设置面板

• 如下图所示，选择选项Position imposed

注：这里设置的是Remshing边界起点

• 点击Upper level menu3次回到Flow boundary conditions面板

4、Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_4设置

• 鼠标双击列表项Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_4 ，弹出面板中选择选项Normal and tangential forces imposed(fn,fs)

注：当考虑到出口有牵引力或牵引速度的时候，选用此选项

• 如下图所示选择Constant设置fn为0，点击Upper level menu

• 如下图所示选择Constant设置fs为0，点击Upper level menu

• 弹出对话框中选择是设置w为0

5、Axis of symmetry alog BS_5

• 该边界保持默认设置

注：polyflow中旋转轴必须为Y轴

6、Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_6设置

• 鼠标双击列表项Zero wall velocity (vn=vs=0) along BS_6 ，弹出面板中选择选项Normal and tangential velocities imposed(vn, vs)

• 如下图所示，弹出选项中选择Constant，设置vn及vs均为0

• 点击按钮Upper level menu，如下图所示对话框中，选择否进入设置面板

• 如下图所示，选择按钮Velocity w imposed

• 弹出对话框中选择如下图所示选项

• 弹出对话框中设置A=0，B=6.2832，C=0

• 最终弹出如下图所示对话框，点击按钮是确认参数设置

注：这样指定w速度为6.2832*x，注意这里w是切向方向线速度。

• Flow boundary conditions面板中点击按钮Upper level menu返回至die swell面板

2.5 Remeshing

• 选择选项Global remeshing进入Remeshing面板

• 选择选项1-st local remeshing

• 打开的对话框中取消选择SD_1，如下图所示，点击Upper level menu返回上一级

• 选择选项Method of spines

• 定义SD_1为part of inlet section，定义BS_4为part of outlet section

2.6 定义stream function

• 鼠标双击模型树节点F.E.M. Task 1，点击右侧面板选项Assign the stream function

• 选择Condition of the stream function for field 1

• 弹出对话框中选择否

• 输入x坐标5

• 输入y坐标0

注：这里指定的是参考点

2.7 Output设置

• 鼠标双击模型树节点Main menu，选择右侧镜面板选项Outputs

• 选择选项Listing : max，点击选项Upper level menu

• 选择选项Modify system of Units

• 选择选项Set to metric_cm/g/s/A+Celsius

2.8 保存工程

• 鼠标双击模型树节点Save and exit，选择选项Accept current setup

• 选择选项Accept

• 选择Continue保存工程文件

2.9 Solution

• 右键选择A4单元格，点击菜单Update开始计算

3 后处理

在CFD-Post中进行后处理。

• 压力分布

对称处理后的压力分布如下所示。

• 速度分布

• 自由面形状

注：这里的自由面计算没有涉及到多相流处理，自由面的形状通过网格重构而得到。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道