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Fluent验证案例05:管道中的泊肃叶流动

内容纲要

本案例利用STAR CCM+计算并验证管道内部泊肃叶流动产生的层流压降。

1 案例描述

本案例计算管道内部泊肃叶流动压降。案例几何如图所示。

管道半径0.00125m,长度0.1m,内部介质密度1 kg/m3,粘度1e-5 kg/m-s。管内入口流动为充分发展层流,平均速度为2 m/s。

利用Field Function定义充分发展速度,其表达式为:

解析解来自F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed),p357。

本案例雷诺数为:

泊肃叶流动摩擦系数:

可得压降:

2 准备UDF

充分发展层流边界需要编辑UDF文件或Profile文件,本案例利用udf进行指定。

编写UDF文件vel.c。

3 Fluent设置

  • 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

本案例采用层流计算,Models节点保持默认设置。

3.3 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,修改其名称为fluid

  • 如下图所示,设置Density1 kg/m3

  • 设置Viscosity1e-5 kg/m-s

  • 点击按钮Change/Create修改参数

3.4 解释UDF

  • 鼠标右键选择模型树节点User Defined Functions,点击弹出菜单项Interpreted...,弹出UDF解释对话框

  • 如下图所示,选择UDF源文件vel.c,点击按钮Interpret解释源代码

3.5 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

3.6 Methods

  • 鼠标双击模型树节点Methods,右侧面板如下图所示进行设置

3.7 Controls

  • 鼠标双击模型树节点Controls,右侧面板如下图所示进行设置

3.8 Monitor

  • 双击模型树节点Monitors > Residual,弹出设置对话框,如下图所示,设置质量方程残差标准为0.0001

3.9 Initialization

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

3.10 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

迭代残差如下图所示,收敛性不佳。

尝试进行FMG初始化。

  • TUI窗口输入命令

  • solve/initialize/fmg-initialization,如下图所示进行初始化

重新计算,如下图所示,计算32步收敛至1e-4。

4 计算结果

1、速度分布

速度分布如图所示。

2、压降计算

进出口总压统计如图所示。

进出口总压结果如下图所示。

可以看到入口总压12.89Pa,出口总压2.68Pa,则系统总压降10.21 Pa,偏差-0.293%。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《Fluent验证案例05:管道中的泊肃叶流动》
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