利用Fluent模拟浸没在流体中的球体的尾流和流动分离的流动状态,并将计算结果与文献资料中的数据进行比较。
文献:Tabata, M. & Itakura, K. (1998). A precise computation of drag coefficients of a sphere. International Journal of Computational Fluid Dynamics, 9(3-4).
”
1 问题描述
计算网格如图所示。

几何模型:利用轴对称对球的几何截面进行二维建模,球体直径为1 m,球体周围的圆形流体域半径为50 D。
流动条件:入口速度1 m/s。
介质属性:密度1 kg/m3,粘度0.02 kg/(m-s)。
流动雷诺数:
采用层流计算。
文献中得到的球体阻力系数与雷诺数关系如下表所示。

雷诺数50所对应的阻力系数为1.5785。
2 几何与网格
在SpaceClaim中根据几何尺寸创建几何模型。

创建边界命名。

在SpaceClaim中生成网格。

3 Fluent设置
3.1 General 设置
-
选择 Axisymmetric
使用轴对称模型

3.2 Models设置
-
层流计算采用 Laminar
模型

3.3 Materials设置
-
指定流体密度为 1 kg/m3
,粘度为0.02 kg/(m-s)

3.4 边界条件设置
1、inlet设置
-
指定入口速度为 X方向1 m/s

2、outlet设置
-
出口边界采用默认设置

3.5 参考值设置
-
如下图所示指定参考值

参考值用于计算阻力系数:
其中为空气阻力,为空气密度,为是物体相对于空气的速度, 为阻力系数,为物体的迎风面积。这里球体的迎风面积:
3.6 物理量监测
-
监测球体表面的阻力系数

3.7 初始化计算
-
利用入口进行初始化

3.8 迭代计算
-
迭代计算300步

-
阻力系数监测曲线

4 计算结果
-
球体周围压力系数分布

-
球体周围速度分布

-
得到阻力系数值

如下图所示,输出的阻力系数值为1.5743207
。

与文献2中的数据对比:
目标值 | 计算值 | 偏差 | |
---|---|---|---|
阻力系数 | 1.5785 | 1.5743207 | -0.265% |
误差还是比较小的。
(完)
本篇文章来源于微信公众号: CFD之道
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