内容纲要
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。
![](/wp-content/uploads/2023/06/313e73a2b911b0f.png)
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。
![](/wp-content/uploads/2023/06/6ab368d76b0e94c.png)
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。
![](/wp-content/uploads/2023/06/d2de3d88fc1b60c.png)
创建边界命名。
![](/wp-content/uploads/2023/06/e3e9bd38c5dea97.png)
在SpaceClaim中生成网格。
![](/wp-content/uploads/2023/06/81c45af1541a6c5.png)
3 Fluent设置
3.1 General 设置
-
选择 Axisymmetric
使用轴对称模型
![](/wp-content/uploads/2023/06/63c3ce8ad2d5405.png)
3.2 Models设置
-
层流计算采用 Laminar
模型
![](/wp-content/uploads/2023/06/1ef9b71ede9935f.png)
3.3 Materials设置
-
指定流体密度为 1 kg/m3
,粘度为0.02 kg/(m-s)
![](/wp-content/uploads/2023/06/9c400498640128b.png)
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
![](/wp-content/uploads/2023/06/b5010a731f103a6.png)
2、outlet设置
-
出口边界采用默认设置
![](/wp-content/uploads/2023/06/b1d644381c776b5.png)
3.5 参考值设置
-
如下图所示指定参考值
![](/wp-content/uploads/2023/06/b076e4255741292.png)
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
![](/wp-content/uploads/2023/06/d0f58f7ed0659bd.png)
3.7 初始化计算
-
利用入口进行初始化
![](/wp-content/uploads/2023/06/455b44408113d20.png)
3.8 迭代计算
-
迭代计算300步
![](/wp-content/uploads/2023/06/63706ab2bccd1f9.png)
-
阻力系数监测曲线
![](/wp-content/uploads/2023/06/6afc6be9a55aa18.png)
4 计算结果
-
球体周围压力系数分布
![](/wp-content/uploads/2023/06/9b841cab3097762.png)
-
球体周围速度分布
![](/wp-content/uploads/2023/06/c5ba7689bba5718.png)
-
得到阻力系数值
![](/wp-content/uploads/2023/06/d3356302679e07c.png)
如下图所示,输出的阻力系数值为1.5743207
。
![](/wp-content/uploads/2023/06/6dd46c4d1a7fd86.png)
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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