本案例利用Fluent计算波形通道中流体湍流流动。

参考数据：

J.D. Kuzan, “Velocity Measurements for Turbulent Separated and Near-Separated Flows Over Solid Waves”. Ph.D. thesis. Department of Chemical Engineering, University of Illinois, Urbana, IL, 1986.

案例几何模型如图所示，其底部为正弦曲线，波长1m，波幅为0.1 m。

计算中选取周期结构，如图所示的虚线围成的区域。周期区域质量流量为0.816 kg/s，压力梯度为-0.01687141 Pa/m。流经区域的介质密度为 1 kg/m3，动力粘度0.0001 kg/m-s。

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几何模型

本案例几何模型在ICEM CFD中采用函数创建。

• 启动Workbench，拖拽如下图所示的模块至工程窗口中

• 双击B2单元格进入ICEM CFD

• 进入Geometry标签页，点击Create Point按钮进入创建点面板

• 选择点击按钮Explicit Coordinates，参数设置如下图所示，点击Apply按钮创建几何点

创建的几何点如图所示。

• 点击Geometry标签页中Create/Modify Curve按钮，选择From Points功能按钮，在几何面板中选取构成线的所有几何点，点击Apply按钮创建线

说明：在屏幕中选取点时，要按照线条的顺序依次选取

生成的线条如下图所示。

剩下的工作就好做了，按照实际几何形状进行区域构建及切割。最终形成的几何模型如图所示。

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划分网格

在ICEM CFD中采用分块方式划分全四边形网格，同时指定模型周期结构。

最终形成的网格如图所示。

• 关闭ICEM CFD返回至Workbench

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Fluent设置

• Workbench中更新ICEM CFD相应节点

• 双击C2进入Fluent模块，激活Double Precision选项

3.1 Models

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，点击弹出菜单项Model → Realizable k-epsilon

提醒：绝大多数情况下，若要选择K-E系湍流模型，都可以选择Realizable k-epsilon模型

3.2 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > Fluid > air弹出材料属性编辑对话框

• 设置Density为1 kg/m3

• 设置Viscosity为0.0001 kg/m-s

3.3 Boundary Conditions设置

若ICEM CFD中设置正确，则周期边界会自动定义为periodic类型。如下图所示，若边界period_Left不是周期类型，则需要采用TUI边界重新定义。

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions，右侧面板中点击按钮Periodic Conditons...打开周期条件设置对话框

• 选择选项Specify Mass Flow

• 设置Mass Flow Rate为0.816 kg/s，设置Pressure Gradient为-0.01689112 pascal/m

• 设置Flow Direction为x方向

• 点击OK按钮关闭对话框

3.4 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

3.5 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

3.6 Initialization

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

3.7 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

计算收敛到1e-6比较困难，经过500次迭代能收敛到1e-5。

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计算后处理

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（0.75 -0.1）→（0.75 1）创建波谷竖直线wave_trough，如下图所示

• 两点（1.25 0.1）→（1.25 1）创建波峰竖直线wave_crest，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/0.816，点击Define按钮进行定义

说明：0.816m/s为主流平均速度，文献中的数据利用其进行了无量纲处理。

• 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。

文件在此：

https://pan.baidu.com/s/1p1kIY2Dk-w25XhncGBOJLA

密码: shv3

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道