1 案例描述

本案例为文丘里管流动的不可压缩流体数值模拟，采用 OpenFOAM 13 版本进行计算。该案例模拟了流体通过文丘里管时的流动特性，可以用于研究管道收缩和扩张段的速度分布、压力变化以及流动特性。

求解器类型：采用通用不可压缩流动求解器 incompressibleFluid

案例基本信息：

• 定常流动（Steady-state）
• 不可压缩流体
• 层流流动
• 三维轴对称模型

2 案例几何与网格

2.1 几何尺寸

几何模型如图所示。

文丘里管几何参数：

2.2 网格基本信息

案例采用 blockMesh 生成结构化六面体网格。

生成的网格如下图所示。

2.3 边界定义

计算区域中包含的边界信息如下所示。

2.4 网格特征

• 网格类型：采用结构化六面体网格
• 网格生成：使用 blockMesh 工具生成

• 网格分级：径向方向采用分级系数 0.5 进行网格加密
• 对称性：利用轴对称特性，采用四分之一圆截面

3 物理模型

3.1 流动模型

3.2 材料属性

3.3 初始流场条件

3.4 入口流动条件

4 边界条件

4.1 速度场边界条件

4.2 压力场边界条件

5 求解控制参数

5.1 时间控制

5.2 输出控制

5.3 离散格式

5.4 线性求解器设置

5.5 PIMPLE 算法参数

5.6 松弛因子

6 案例后处理

本案例配置了丰富的后处理操作，包括探针监测、速度剖面图和残差监测。

6.1 探针监测

在两个位置设置探针监测压力场：

• 探针1：位置 (0.05, 0.05, 0) - 入口过渡段
• 探针2：位置 (0.25, 0.025, 0) - 喉部段

6.2 速度剖面图

在6个截面位置生成速度分布图：

每个剖面沿径向方向（y轴）从 -0.051 m 到 0.051 m 采样速度分量。

7 案例运行方式

7.1 串行计算

采用下面的命令可以进行串行计算：

cd venturiTube
blockMesh
createZones
foamRun
./createGraphs

7.2 并行计算

可以修改 system/decomposeParDict 文件后运行并行计算：

cd venturiTube
blockMesh
createZones
decomposePar
mpirun -np 4 foamRun
reconstructPar
./createGraphs

8 关键物理参数总结

9 计算结果

计算得到的速度剖面图显示了文丘里管内不同截面的速度分布特征：

• 入口段（graphA, graphB）：速度分布较为均匀，接近抛物线分布
• 过渡段（graphC）：速度开始加速，中心区域速度增大
• 喉部（graphD）：速度达到最大值，由于截面收缩，流速显著增加
• 扩张段（graphE）：速度开始减速，压力恢复
• 出口段（graphF）：速度分布逐渐恢复到接近入口状态

后处理脚本生成的 velocityProfiles.png 图像直观地展示了速度分布沿管道的变化，以及速度分布与几何形状的对应关系。

（完）