本案例利用Fluent计算90°弯管内流体流动。

弯管内流动看似简单，然而由于存在严重的分离附着以及二次流问题，想要精确模拟内部的流场特征并不容易。

1 案例描述

本案例计算模型如下图所示。

管道中流体介质密度为1 kg/m3，粘度2.3256e-5 kg/m-s，管道半径0.5m，管道入口为充分发展湍流（利用Profile进行指定）。考虑到模型的对称性，本案例采用一半管道模型计算计算。计算网格如图所示。

注：网格有点儿粗糙，可以尝试加密。

2 Fluent设置

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Case…加载case文件VMFL030_pipebnd.cas

• 利用菜单File → Read → Profie…加载profile文件VMFL030_pipebnd.prof

2.1 Models设置

• 鼠标双击模型树节点Models > Models >Viscous，弹出对话框中选择RNG k-epsilon湍流模型，如下图所示

• 选择Non-Equilibrium Wall Functions壁面函数

注：对于这类存在旋转的流动问题，常采用RNG k-epsilon湍流模型。本案例也可以采用Realizable k-epsilon湍流模型

2.2 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > fluid > air弹出材料编辑对话框，如下图所示设置材料密度为1 kg/m3，粘度为2.3256e-5 kg/m-s

2.3 Boundary Conditions设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditons > velocity-inlet-2，弹出设置对话框，如下图所示设置Z方向速度以及湍流条件

注：本案例采用Profile指定入口速度、湍动能以及湍流耗散率。其实也可以利用UDF进行指定。关于充分发展条件的数学描述，可参阅任何流体力学教材。

• outflow-3设置

该边界设置为outflow边界，无需设置任何参数。

2.4 Methods设置

• 鼠标双击模型树节点Methods，右侧面板采用如下图所示设置

2.5 Controls设置

• 鼠标双击模型树节点Controls，右侧面板采用如下图所示设置

2.6 Initialization设置

• 鼠标双击模型树节点Initialization，右侧面板中选择Standard Initialization，设置Compute from为velocity-inlet-2，点击按钮Initialize进行初始化

2.7 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculate，右侧面板设置Number of Iterations为1000，点击按钮Calculate开始计算

注：为提高计算精度，计算完毕后可将残差标准设置为1-E6继续计算

3 计算后处理

• 对称面上速度分布

本案例验证的是对称面上弯管75°线上速度分布。如下图所示位置。因此需要先创建line。

• 如下图所示，创建75°位置的线，命名为line-75deg

• 创建的线条位置如下图中所示

• 定义自定义变量y-over-d=3.3-L，其中L为线条的长度，如下图所示进行定义

• 如下图所示显示指定线上速度分布

对比结果如下图所示。

从图中看出，计算结果与测量值较为吻合。

测量值来自于文献：M.M. Enayet, M.M. Gibson, A.M.K.P. Taylor, M. Yianneskis, “Laser-Doppler Measurements of Laminar and Turbulent Flow in a Pipe Bend”. Znt. J. Heat & Fluid Flow, Vol 3. pp. 213-219, 1982

案例文件：

https://pan.baidu.com/s/1qVR0tK7hlywNqwryh6iZuA 

密码：ribk

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道