单向阀是一种常用的阀门，其结构简单，其结构包括阀体、阀芯和弹簧，如下图所示。单向阀的阀芯通常为圆锥或球体，利用弹簧与阀体相连接。当流体正向流动且压力较大时压缩弹簧，流体导通，反之流体不通。本案例演示利用XFlow计算这类涉及到被动运动的流体问题。

此问题在Fluent中可以使用6DOF模型来实现。

1 导入几何

本案例所用的几何模型采用外部导入的方式。

• 利用菜单Geometry > Import a new geometry，在弹出的文件选择对话框中选择几何文件valve.stp

• 选择树形菜单的Geometry标签页，设置Orientation为（0,180,0），以使模型绕y轴旋转180°

如下图所示。

导入的几何模型如图所示。

注意：XFlow的内部流动和外部流动，是通过识别模型的法向方向来实现的。如上图所示的能看到内部面的几何则为计算内部流动模型。如果模型法向方向不正确，则需要修改法向方向。

2 补充几何面

导入的几何模型没有进口和出口面，这可以通过在XFlow中进行修补。注意这只是为了演示，实际上完全可以导入完整的几何。

• 选择图形窗口中的入口圆，如下图所示的蓝色圆。多条边线可以按住ctrl键选取

• 选择菜单Geometry > Create Object > Create surface创建面

• 在Geometry标签页中重新命名面为inflow，如下图所示

• 同样方式创建出口面outflow

3 创建球体

• 利用菜单Geometry > Create Object > Create Sphere，在弹出的球体创建对话框中设置球体半径为0.008m，如下图所示。

  

• 切换至Geometry标签页，设置Sphere的position为（-0.014,0,0），如下图所示

此时几何模型如下图所示。

其实以上的几何创建操作都可以通过导入外部几何模型的方式完成。这里只是演示过程。

4 Engine设置

• 选择标签页Environment

• 设置Kernel为3d

• 设置Flow model为single phase

• 其他参数保持默认设置

5 Materials设置

• 选择标签页Materials

• 设置Name为water

• 设置Reference density为998 kg/m-3

• 设置Dynamic viscosity为0.001 Pa.s

• 其他参数保持默认设置

6 Geometry设置

在Geometry标签页中设置边界条件。

• 选择标签页Geometry

• valve、inflow及outflow边界设置如下图所示。其中定义inflow为流量入口，采用函数if(x<0.3,0.3,0)，意为当时间t<0.3s时，入口流量为0.3kg/s，其他时间入口流量为0。定义outflow为压力出口，该边界静压为0

• sphere边界设置如下图所示。设置Behaviour为Rigid body dynamics，并设置density为11350，软件自动计算转动惯量。指定Translation为Axis x，设置Rotation为fixed

• 指定外部力为x方向，其值为-150*(px-(-0.014))，因为这里指定弹簧刚度为150 N/m

7 Simulation设置

• 进入Simulation标签页

• 设置Simulation time为0.5s

• 设置Resolved scale为0.001 m

• 指定存储路径Folder

• 其他参数保持默认设置

8 求解计算

• 点击左下角按钮Run> Start computation进行求解计算。

视计算机能力的不同，可能会持续几分钟到几十分钟。

9 后处理

• 球体运动速度如下图所示。

• 球体x方向位移如下图所示。