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Fluent验证案例03:管道中湍流流动压降计算

内容纲要

本案例利用Fluent计算管道中湍流流动压降。

1 案例描述

本案例计算空气流经光滑的水平管道,管道长度2m,半径0.002 m,空气密度1.225 kg/m3,粘度1.7894e-5 kg/m-s,管道入口速度50 m/s,出口压力 0 Pa。计算管道的压降。

采用轴对称模型。入口采用速度边界,50m/s;出口为压力出口,静压 0Pa;采用稳态求解。

湍流模型采用SST k-omega模型, 为保证Y+=1,采用Y+计算器可得第一层网格高度约为5e-6m,径向采用32层网格节点,轴向网格尺寸0.0005m。

2 案例验证

流经管道的雷诺数:

为湍流流动,采用布拉休斯公式计算摩擦系数(F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed). P366页)

则压力降:

3 介质参数

  • 密度:1.225 kg/m3

  • 粘度:1.7894e-5 kg/m-s

3 Fluent计算设置

采用2D轴对称模型进行计算。

  • 2D、Double Precision模式启动Fluent

3.1 General设置

  • 鼠标双击模型树节点General,右侧面板激活选项Axisymmetric采用轴对称模型

3.2 Models设置

  • 右键选择模型树节点Models > Viscous,点击弹出菜单项Model → SST k-omega激活SST k-omega湍流模型

6.3 Materials设置

  • 鼠标双击模型树节点Materials > Fluid > air弹出材料属性设置对话框

  • 如下图所示,设置Density1.225 kg/m3

  • 设置Viscosity1.7894e-5 kg/m-s

  • 点击按钮Change/Create修改参数

6.4 Boundary Conditions

1、inlet

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inlet弹出设置对话框,选择设置Axial-velocityudf vel_profile,其他参数默认设置,点击OK按钮关闭对话框

2、outlet

  • 右键选择模型树节点Boundary > outlet,点击弹出菜单项Type → pressure-outlet设置边界类型为压力出口,其他参数保持默认设置

6.5 Methods

  • 鼠标双击模型树节点Methods,右侧面板如下图所示进行设置

6.6 Controls

  • 鼠标双击模型树节点Controls,右侧面板如下图所示进行设置

6.8 Monitor

  • 双击模型树节点Monitors > Residual,弹出设置对话框,如下图所示,设置残差标准为0.000001

6.9 Initialization

  • 右键选择模型树节点Initialization,点击弹出菜单项Initialize进行初始化

6.10 Run Calculation

  • 鼠标双击模型树节点Run Calculation,右侧面板如下图所示,设置Number of Iterations5000

  • 点击按钮Calculate开始迭代计算

计算在64步收敛到1e-6,计算总耗时2分48秒(至强12核,内存16 G 计算 )。残差如下图所示。

7 计算结果

  • 统计进出口总压

  • 点击按钮Compute计算得到进出口总压

可到压降为23849.643-1585.6728=22263.97 Pa,相对误差-0.4575%。

注:加密网格有助于提高计算精度。

案例文件:

链接:https://pan.baidu.com/s/1-mndxu2qY-jOlxb1Q3FpYA 
提取码:v789


本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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