Fluent验证案例11：三角形腔体内层流流动

本案例利用Fluent计算三角形腔体内流体流动特征。

参考文献：R. Jyotsna, S.P. Vanka. “Multigrid Calculation of Steady, Viscous Flow in a Triangular Cavity”. J. Comp. Phys., Vol 122, pp. 107-117, 1995.

如图所示尺寸的三角形腔体，上部顶盖水平速度2 m/s，验证竖直轴线上速度分布。

腔体内介质密度为1 kg/m3，动力粘度0.01 kg/m-s。

• 启动Workbench，添加计算模块Fluid Flow(Fluent)

• 双击A2单元格进入SCDM模块

• 在XY面上根据几何尺寸创建如下图所示的2D几何模型

• 关闭SCDM模块返回Workbench界面

• 双击A4单元格进入Mesh模块

• 右键选择模型树节点Mesh，选择弹出菜单项Insert → Sizing

• 指定几何面的Element Size为20 mm

• 右键点击Mesh，选择弹出菜单项Generate Mesh生成网格

• 进行边界命名，如图所示

• 选中模型树节点Mesh，点击工具栏按钮Update更新网格

• 关闭Mesh返回至Workbench

• 双击A4单元格，以Double Precision模式启动Fluent

4.1 Materials设置

• 双击模型树节点Materials > Fluid > air

• 弹出的材料编辑对话框中设置Density为1 kg/m3，设置Viscosity为0.01 kg/m-s

• 点击按钮Change/Create修改材料参数

• 点击Close按钮关闭对话框

4.2 Boundary Conditions设置

• 双击模型树节点Boundary Condition > movewall，弹出边界设置对话框

• 选择Moving Wall、Translational，并设置Speed为2 m/s

• 点击OK按钮关闭对话框

说明：其他边界采用默认的光滑无滑移壁面边界条件。

4.3 Methods设置

• 双击模型树节点Solution > Methods

• 右侧面板中设置Scheme为Coupled

• 激活选项Warped-Face Gradient Correction及High Order Term Relaxation

4.4 Monitor

修改残差标准为1e-6。

• 鼠标双击模型树节点Solution > Monitor > Residual弹出残差设置对话框

• 修改所有参数的残差标准为1e-6，如图所示

4.5 Initialization

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

4.6 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation

• 右侧面板中设置选项Number of Iterations为500

• 点击按钮Calculate进行计算

经过106步迭代计算达到收敛。残差曲线如图所示。

1、X方向速度分布

• 双击模型树节点Contours，设置显示X Velocity云图

显示的X方向速度分布如下图所示。

2、轴线速度分布

• 点击工具栏按钮Surface > Create > Line/Rake…弹出线定义对话框

• 两点（0 -4）→（0 0）创建直线，如下图所示

• 双击模型树节点Plot > XYPlot启动曲线图绘制编辑对话框

速度分布如图所示。

3、数据验证

由于验证数据采用的是无量纲速度，因此这里先定义无量纲速度normVelocity。

• 右键选择模型树节点Custom Field Functions，点击弹出菜单项New…打开设置对话框

• 如下图所示，定义变量normvelocity为Vx/2，点击Define按钮进行定义

• 双击模型树节点Plot > XYPlot启动曲线图绘制编辑对话框

如图所示设置，加载测试数据后显示曲线如图所示，可以看到计算结果精度较高，与测试值吻合度较好。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道