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三维弯管流动数值模拟 2020 1 15 1 弯管内单相 液 流模拟管内流体为水 入口速度为10m s 出口为自由流出口 2020 1 15 2 Fluent计算设置 1 定义网格 2 定义求解模型 3 定义边界条件 4 初始化和计算 5 显示云图 2020 1 15 3 1 定义网格 1 检查网格质量 网格的检查能力包括域的范围 体积的数据统计 网格拓扑和周期边界2 定义网格单位 一般我们检查MinimumVolume的值是否大于0检查网格质量 若MinimumVolume值为负时 意味着存在一个或多个单元有不合适的连通性 需修改网格 长度单位的变换 特殊缩放比例设置 2020 1 15 4 2 定义求解模型 1 选择求解器2 选择湍流模型3 定义材料4 定义工作条件 2020 1 15 5 1 选择求解器 基于压力法的求解器 使用的是压力修正算法 求解的控制方程是标量 擅长求解不可压缩流体 基于密度法的求解器 求解控制方程是矢量 求解可压缩流体 注意 相对速度只是适用于压力法求解器 2020 1 15 6 2 选择湍流模型 由于这里例子用到的是湍流模型 其他模型就简单介绍 在模型设定中依次有 多相流模型 能量方程 湍流模型 辐射模型 热交换模型 组分模型 离散相模型 噪声模型 欧拉墙模型 2020 1 15 7 2 选择湍流模型 为什么选择的是湍流模型 因为雷诺数为 所以选择湍流模型 这里我们选择是k 模型 标准模型本身具有的稳定性 经济性和较高的计算精度使之成为湍流模型中应用范围最广 它是通过求解湍流动能 k 方程和湍流扩散率 方程 得到k和 的解 然后计算湍流的粘度 k epslon方程常用的三种模型 标准k e模型 RNG 重整化群 k e模型 Realizable 现实 k e模型 我们为什么选用标准模型 由于标准模型是一个高雷诺数的模拟 这里的雷诺数 而RNG模型是在对近壁面区进行适当处理后计算低雷诺数效应 而Realizable模型是采用湍流公式 计算出来的值与真实湍流的雷诺应力一致 计算同时存在旋转和静止的流场 2020 1 15 8 2 选择湍流模型 2020 1 15 9 3 定义材料 根据你所选定的流体物质去设定所需要的物性参数 物性参数 密度和分子量粘度比热热传导系数质量扩散系数标准状态下的焓分子动力论参数 2020 1 15 10 4 定义工作条件 1 操作压强对于不可压理想气体流动和低马赫数可压流动来说的 2 fluent总是使用表压计算 所以需要计算这类的问题操作压强设置为零 是表压和绝压相等 3 如果密度为常数 或者密度是从温度的型函数中推导的 则不使用操作压强 默认为101325Pa 参考压力位置 2020 1 15 11 3 定义边界条件 边界条件就是流场变量在计算边界上应该满足的数学物理条件 在这个弯管中我们要定义流体域材料 入口 出口以及壁面 我们关键是定义后面三项 2020 1 15 12 定义入口 选择速度入口 VelocityInlet 仅仅适用于不可压缩流体 如果用于可压缩流体则可能导致非物质理解 静压 如果入口流动是超声速的 或者你打算用压力入口边界条件来对解进行初始化 那么你必须指定静压 termedtheSupersonic InitialGaugePressure 只要流动是压声速的 FLUENT会忽略Supersonic InitialGaugePressure 它是由指定的驻点值来计算的 如果你打算使用压力入口边界条件来初始化解域 Supersonic InitialGaugePressure是与计算初始值的指定驻点压力相联系的 计算初始值的方法有各向同性关系式 对于可压流 或者贝努力方程 对于不可压流 因此 对于压声速入口 它是在关于入口马赫数 可压流 或者入口速度 不可压流 合理的估计之上设定的 湍流动能方程k 扩散方程e 2020 1 15 13 定义出口 如果在流场求解前 流场出口处的流动速度和压强是未知的 就可以选用出流边界条件 所以这里我们选择的是outflow型 流量权重 如果出流边界只有一个或者流量在所有边界上均匀分配的 则不必修改 系统会自动将流量权重的值进行调整 以使得流量在各个出口上均匀分布 2020 1 15 14 定义壁面 在粘性流计算中 fluent使用无滑移条件作为默认设置 在壁面有平移或转动时 可定义切向速度分量作为边界条件 2020 1 15 15 4 初始化和计算 1 定义求解器控制参数2 初始化流场3 定义收敛条件4 迭代计算 2020 1 15 16 1 定义求解器控制参数 选择是压强 速度关联算法 关联形式有三种 SIMPLE SIMPLEC PISO 常用SIMPLE格式 因为稳定性较好 用于定常流计算 离散格式 PISO 主要用于非定常计算 也可以用于定常 但是与以上两种相比并无速度优势 如果网格畸变较大也可用这形式 2020 1 15 17 2 初始化流场 我们设置是标准的初始化计算 定义入口为初始值进行全局初始化 2020 1 15 18 2020 1 15 19 3 定义收敛条件 设置各个参数的收敛残差值为1e 4 勾选plot绘制残差曲线 2020 1 15 20 4 迭代计算 迭代步数 报告间隔 2020 1 15 21 残差变化情况图 2020 1 15 22 5 显示云图 速度云图 压力云图 2020 1 15 23 云图的解释 速度矢量显示越靠近弯管处的二次流越明显 远离弯管 二次流逐渐减弱 注 假如沿一边界的流动因受到横向压力的作用 产生了平行于边界的偏移 则靠近边界的流体层由于速度较小 就比离边界较远的流体层偏移得厉害 这就导致了叠加于主流之上的二次流 2020 1 15 24 湍流模型下不同类型模型的云图 1 RNG模型 2020 1 15 25 2 Realizable模型 2020 1 15 26 3 雷诺模型 2020 1 15 27 显示轨迹线 轨迹线是被用来显示求解对象的质量微粒流 粒子由你在Surface菜单中定义的一个或多个表面中释放出来 参看为显示图形和数据产生表面 现形或楔行面经常被使用 参考线形和楔形面 这里是定义壁面和Y轴中心切面 2020 1 15 28 入口轨迹线图 2020 1 15 29 各位置速度矢量 进口 ios1 ios2 ios3 解释 速度矢量显示越靠近弯管处的二次流越明显 远离弯管 二次流逐渐减弱 2020 1 15 30 进口速度矢量 2020 1 15 31 ios1速度矢量 进口速度矢量 2020 1 15 32 ios2速度矢量 2020 1 15 33 ios3速度矢量 2020 1 15 34 进口速度矢量 ios1速度矢量 ios2速度矢量 ios3