内容纲要
本案例利用 Fluent 计算沿倾斜平板流动的液膜并利用试验数据验证液膜厚度。
参考文献:Roy, R.P. & Jain, S. (1989). A study of thin water film flow down an inclined plate without and with countercurrent air flow. Experiments in Fluids, (7) 318-328.
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1 问题描述
计算模型如图所示。平板倾斜角度为40°,腔内无逆流空气流动,雷诺数为417。液膜以质量通量的形式引入流体区域,计算并验证下游相应壁面上的液膜厚度。
![](/wp-content/uploads/2023/06/32d638fb30eb5d2.png)
计算参数如下。
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几何尺寸 -
区域尺寸:500 mm x 100 mm x 100 mm -
液膜注入面宽度:5 mm -
监测壁面宽度:50 mm -
边界条件 -
液体水质量通量:76.2 kg/(m2-s) -
重力加速度:(6.305746 , 0 , -7.514896)m/s2 -
空气流动速度为零,液膜流动为层流
2 几何与网格
在SpaceClaim中创建几何模型。
![](/wp-content/uploads/2023/06/750f1e8d68151d5.png)
边界命名如图所示。
![](/wp-content/uploads/2023/06/6eb02e36e4624f8.png)
网格尺寸采用5 mm,生成全六面体计算网格,如图所示。
![](/wp-content/uploads/2023/06/c4548299408eaf3.png)
3 Fluent设置
进入Fluent参数设置。
3.1 General设置
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设置重力加速度
![](/wp-content/uploads/2023/06/f6819eb04abf2fe.png)
注:设置重力加速度分量以考虑计算域的倾斜,这里计算域倾斜角度为40°。
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3.2 Models设置
-
选择 Laminar
进行层流计算
![](/wp-content/uploads/2023/06/7cde59c7aa26215.png)
3.3 Materials设置
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添加材料water-liquid
![](/wp-content/uploads/2023/06/02b7ed25b80c5ad.png)
3.4 启用壁膜模型
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鼠标双击模型树节点 Models → Eulerian Wall Film
打开壁膜设置对话框 -
如下图所示设置模型参数
![](/wp-content/uploads/2023/06/e95de8c7a922f84.png)
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液膜求解参数如下图所示进行设置
![](/wp-content/uploads/2023/06/d8fac20c6970fcb.png)
3.5 Cell Zone Conditions设置
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计算区域采用默认设置
![](/wp-content/uploads/2023/06/2152dacb514ac3e.png)
3.6 边界条件设置
1、inlet边界
-
指定速度为0 m/s,区域内的空气不流动
![](/wp-content/uploads/2023/06/1d5a0d449b7f605.png)
2、exit边界
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采用默认参数设置
![](/wp-content/uploads/2023/06/345fc0b01a87f47.png)
3、injection边界
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打开 injection
边界,进入Wall Film
选项卡,如下图所示设置液膜边界
![](/wp-content/uploads/2023/06/ca82b69d557915d.png)
4、top边界
-
top边界指定为滑移边界
![](/wp-content/uploads/2023/06/223281cf85d8b52.png)
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不考虑壁膜条件
![](/wp-content/uploads/2023/06/758e08a208d0ab2.png)
5、wall边界
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采用无滑移壁面
![](/wp-content/uploads/2023/06/4f7438567f481e8.png)
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壁膜条件如下图所示设置
![](/wp-content/uploads/2023/06/86da7fb6625a8bc.png)
6、wall-monitor边界
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指定为无滑移壁面
![](/wp-content/uploads/2023/06/ae050b1f4abd45d.png)
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壁膜边界参数设置
![](/wp-content/uploads/2023/06/8cf72eb859260e1.png)
3.7 Methods设置
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采用默认参数设置
![](/wp-content/uploads/2023/06/9101a572f6ab136.png)
3.8 初始化计算
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初始化计算
![](/wp-content/uploads/2023/06/3d0e6fc923f6702.png)
3.9 迭代计算
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迭代计算1200步
![](/wp-content/uploads/2023/06/b867f1c86624526.png)
注:壁膜计算没有残差显示。
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4 计算结果
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液膜厚度显示
![](/wp-content/uploads/2023/06/1c9f12a6aafb559.png)
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液膜速度显示
![](/wp-content/uploads/2023/06/1f01d8be752e93b.png)
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统计监测面wall-monitor上的液膜厚度,其值为0.0005497 m
![](/wp-content/uploads/2023/06/a2d90cbf5f8ff41.png)
与文献中的数据进行比较,如下表所示。
文献值 | Fluent计算值 | 相对误差 | |
---|---|---|---|
液膜厚度(mm) | 0.555 | 0.5497 | -0.955% |
计算结果表现不错。本案例几何较为简单,有兴趣的道友请自行建模尝试。
(完)
本篇文章来源于微信公众号: CFD之道
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