实操 4 自由表面流动分析
在本实操中，你需要找出水以 1.5 m/s 的速度通过直径为 20 mm 的入口端口流入水箱顶部后，经过 1 秒时水所处的高度位置。
打开模型并准备 Flow Simulation
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使用桌面图标或
开始菜单启动 SolidWorks。 -
单击快速访问工具栏中的
打开（Open）按钮，或从文件（File）菜单中选择打开（Open）选项。将显示打开（Open）对话框。 -
选择本实操的零件文件，然后单击
打开（Open）按钮。将在绘图区中显示该文件的模型。 -
单击快速访问工具栏中
选项（Options）下拉列表里的插件（Add-Ins）选项。将显示插件（Add-Ins）对话框。如果尚未启用，请在该对话框中选择SOLIDWORKS Flow Simulation对应的复选框，然后单击确定（OK）按钮以激活该插件。
创建盖
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单击功能区 Flow Simulation CommandManager 中
工具（Tools）下拉列表里的创建盖（Create Lids）工具。将显示创建盖（Create Lids）属性管理器，并要求你选择一个平面。 - 选择水箱顶部平面。将显示盖的预览；参见图 44。
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单击
确定（OK）按钮以创建盖。
创建入口端口
- 单击功能区中草图 CommandManager 的
草图（Sketch）工具，并在盖的顶面上创建一个圆，如图 45 所示。
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退出草图环境，然后单击
插入（Insert）菜单特征（Features）级联菜单中的分割（Split）工具。将显示分割（Split）属性管理器，并自动选择新创建的草图。如果默认未选择该圆，则单击属性管理器的裁剪工具（Trim Tools）选择框，然后从图形区域中选择该圆。 -
从
目标实体（Target Bodies）卷展栏中选择所选实体（Selected bodies）单选按钮，单击该卷展栏的选择框，然后从图形区域中选择盖；参见图 46。 -
单击
切割实体（Cut Bodies）按钮，然后从结果实体（Resulting Bodies）卷展栏中选择两个实体对应的复选框；参见图 47。 -
单击属性管理器中的
确定（OK）按钮。将创建分割实体。 - 如图 48 所示重命名分割实体，并隐藏多余实体。
设置分析
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保存模型文件，然后单击功能区中 Flow Simulation CommandManager 的
向导（Wizard）工具。将显示向导 - 项目名称（Wizard - Project Name）对话框。 -
在
项目名称（Project name）编辑框中将分析名称指定为Free Surface Flow，然后单击下一步（Next）按钮。将在向导中显示单位系统（Unit System）页面。 -
展开
几何特征（Geometric Characteristic）节点，选择SI单位，并将体积（Volume）单位设置为Liter (l)；参见图 49。 -
单击对话框中的
下一步（Next）按钮。将在向导中显示分析类型（Analysis Type）页面。 -
选择
内部（Internal）单选按钮，因为我们关注的是水箱内流体的内部流动。清除排除无流动条件的腔体（Exclude cavities without flow conditions）复选框，因为我们的模型中没有额外腔体。 -
选择
瞬态（Time-dependent）复选框，以指定分析的总时间长度。这是将分析流体流动的真实时间长度。我们将其设置为1秒。 -
在
输出时间步长（Output time step）编辑框中指定所需值，以定义生成分析输出的时间（秒）。我们将其设置为0.1秒。
- 选择
重力（Gravity）复选框以定义重力方向及其大小，并选择自由表面（Free surface）复选框以允许流体自由流动，然后按图 50 所示设置参数。确保重力方向向下。
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单击对话框中的
下一步（Next）按钮。将在向导中显示默认流体（Default Fluid）页面。 -
从列表框中展开
气体（Gases）节点，然后双击空气（Air）作为默认流体。从液体（Liquids）类别中双击水（Water）。这些流体将添加到分析中；参见图 51。
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单击对话框中的
下一步（Next）按钮。将显示壁面条件（Wall Conditions）页面。 -
保留默认设置，然后单击
下一步（Next）按钮。将显示初始条件（Initial Conditions）页面。 -
确保在该对话框
浓度（Concentrations）节点的初始流体（Initial fluid）下拉列表中选择了空气（Air）；参见图 52。单击完成（Finish）按钮以创建分析设置。
定义边界条件
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单击功能区中
条件（Conditions）下拉列表里的边界条件（Boundary Condition）工具。将显示边界条件（Boundary Condition）属性管理器。 -
选择之前创建的入口端口内表面，以定义水进入水箱的入口点，并按图 53 所示指定参数。请注意，你需要从
物质浓度（Substance Concentrations）下拉列表中选择水（Water）选项，以定义将通过入口端口流动的流体类型。
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单击属性管理器中的
确定（OK）按钮以应用设置。 -
请注意，内部流动分析需要两个边界条件才能进行模拟。再次单击功能区中
条件（Conditions）下拉列表里的边界条件（Boundary Condition）工具。将显示边界条件（Boundary Condition）属性管理器。 -
从
类型（Type）卷展栏中单击压力开口（Pressure Openings）按钮。将属性管理器中的参数保留为默认值，然后选择水箱底面；参见图 54。
- 设置参数后，单击属性管理器中的
确定（OK）按钮。
设置瞬态探测器参数
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单击功能区 Flow Simulation CommandManager 中
求解（Solve）下拉列表里的计算控制选项（Calculation Control Options）工具。将显示计算控制选项（Calculation Control Options）对话框。 -
单击
保存（Saving）选项卡，然后从该对话框的所选参数（瞬态探测器）（Selected Parameters (Transient Explorer)）区域中选择周期性（Periodic）复选框。将显示如图 55 所示的选项。
- 双击
参数（Parameters）字段，以选择在每次分析迭代时要计算的参数。将显示自定义参数列表（Customize Parameter List）对话框；参见图 56。
- 在该对话框的
主（Main）节点中选择水的质量分数（Mass Fraction of Water）、不混溶水（Immiscible Water）和速度（Velocity）复选框，然后单击确定（OK）按钮。将再次显示计算控制选项（Calculation Control Options）对话框。单击对话框中的确定（OK）按钮以应用计算控制参数。
运行分析与后处理
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设置所有参数后，单击功能区中的
运行（Run）工具。将显示运行（Run）对话框。 -
按图 57 所示将参数保留为默认值，然后单击
运行（Run）按钮。将显示求解器（Solver）窗口。
- 单击
求解器（Solver）窗口中工具栏上的暂停（Pause）按钮，然后单击插入预览（Insert Preview）按钮；参见图 58。将显示预览设置（Preview Settings）对话框；参见图 59。
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确保在
平面名称（Plane name）编辑框中选择了前视基准面（Front Plane）选项，然后单击对话框中的设置（Settings）选项卡。将显示用于定义要绘制参数的选项。 -
从
参数（Parameter）下拉列表中选择水的质量分数（Mass Fraction of Water）选项，以在每次分析迭代时检查水的质量分数。 -
单击对话框中的
确定（OK）按钮。将显示水注入容器中的绘图；参见图 60。
- 计算完成后退出求解器窗口。
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右键单击
结果（Results）节点，然后从快捷菜单中选择瞬态探测器（Transient Explorer）选项；参见图 61。将显示一个滑块条，用于检查各个时间步的结果。
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从
结果（Results）节点中右键单击切面图（Cut Plots）选项，然后从快捷菜单中选择插入（Insert）选项。将显示切面图（Cut Plot）属性管理器。 -
按图 62 所示设置参数，然后单击
确定（OK）按钮。将显示切面图结果。
- 移动滑块以检查各个时间步的结果；参见图 63。
- 你可以使用 3D 草图线测量水箱中流体的近似高度；参见图 64。
- 将模型保存到所需位置。