【CFX案例】05：管道中的泊肅葉流動(dòng)【轉(zhuǎn)發(fā)】

2019-03-15  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

本案例利用CFX計(jì)算并驗(yàn)證管道內(nèi)部泊肅葉流動(dòng)產(chǎn)生的層流壓降。

文獻(xiàn):F.M. White. Fluid Mechanics. 3rd Edition. McGraw-Hill Book Co., New York, NY. 1994.

1 案例描述

本案例計(jì)算管道內(nèi)部泊肅葉流動(dòng)壓降。案例幾何如圖所示。

管道半徑0.00125m,長(zhǎng)度0.1m,內(nèi)部介質(zhì)密度1 kg/m3,粘度1e-5 kg/m-s。管內(nèi)入口流動(dòng)為充分發(fā)展層流,平均速度為2 m/s。

充分發(fā)展速度表達(dá)式為:

2 驗(yàn)證解

驗(yàn)證解析解來(lái)自F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed),p357。

本案例雷諾數(shù)為:

泊肅葉流動(dòng)摩擦系數(shù):

可得壓降:

采用2D軸對(duì)稱模型進(jìn)行計(jì)算。

3 CFX設(shè)置

3.1 啟動(dòng)CFX

啟動(dòng)CFX后,軟件界面如下圖所示,設(shè)置Working Directory為合適的英文路徑。

• 點(diǎn)擊按鈕CFX-Pre啟動(dòng)CFX前處理界面

• 點(diǎn)擊菜單File → New Case新建case

• 彈出對(duì)話框中選擇General,點(diǎn)擊OK按鈕

3.2 讀取網(wǎng)格

• 選擇菜單File → Import → Mesh,彈出對(duì)話框中選擇網(wǎng)格文件VM03.cas

注:對(duì)于2D軸對(duì)稱模型,通?？梢栽贔luent中設(shè)置好軸對(duì)稱后輸出為cas文件再導(dǎo)入CFX,這樣CFX會(huì)自動(dòng)構(gòu)建楔形體。否則若直接導(dǎo)入msh文件,則導(dǎo)入的模型為長(zhǎng)方體。

導(dǎo)入的模型如圖所示。

3.3 設(shè)置材料參數(shù)

• 鼠標(biāo)雙擊模型樹(shù)節(jié)點(diǎn)Materials > Air at 25 C打開(kāi)材料屬性編輯面板

• 如下圖所示,材料設(shè)置面板中修改Density為1 kg/m3

• 設(shè)置Dynamic Viscosity為1 E-5 Pa.s

• 點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉面板

3.4 設(shè)置計(jì)算域

• 鼠標(biāo)雙擊模型樹(shù)節(jié)點(diǎn)Flow Analysis 1 > Default Domain打開(kāi)區(qū)域設(shè)置面板

• 切換到Fluid Models標(biāo)簽頁(yè),設(shè)置Heat Transfer為None,設(shè)置Turbulence為None(Laminar),點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉面板

注:本案例不考慮傳熱

3.5 邊界條件

1、入口邊界

• 右鍵選擇模型樹(shù)節(jié)點(diǎn)Default Domain,點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)Insert → Boundary插入邊界

• 將邊界命名為inlet

• 在Basic Settings標(biāo)簽頁(yè)中設(shè)置Location為inlet

• 切換至Boundary Details標(biāo)簽頁(yè),設(shè)置Normal Speed為4[m/s]*(1-(r/1[m])\^2/0.00125\^2)

• 其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉設(shè)置面板

2、出口邊界

• 右鍵選擇模型樹(shù)節(jié)點(diǎn)Default Domain,點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)Insert → Boundary插入邊界outlet

• 在Basic Settings標(biāo)簽頁(yè)中設(shè)置Location為outlet

• 切換至Boundary Details標(biāo)簽頁(yè),設(shè)置設(shè)置Mass And Momentum指定方式為Static Pressure,設(shè)置Relative Pressure為0 Pa

• 點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框

3、設(shè)置對(duì)稱邊界

• 右鍵選擇模型樹(shù)節(jié)點(diǎn)Default Domain,點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)Insert → Boundary插入邊界symmetry

• 在Basic Settings標(biāo)簽頁(yè)中設(shè)置Location為periodic.1,如下圖所示

• 其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉設(shè)置面板

注:CFX讀入Fluent的二維cas文件后會(huì)多出一些邊界面,必須將其設(shè)置為對(duì)稱面。剩下未定義的面默認(rèn)為wall邊界,本案例采用默認(rèn)設(shè)置。

3.6 Solution Controls

• 鼠標(biāo)雙擊模型樹(shù)節(jié)點(diǎn)Solver Control,打開(kāi)設(shè)置面板

• 如下圖所示的設(shè)置面板中,設(shè)置Min. Iterations為100,設(shè)置Max. Iterations為500,設(shè)置Residual Target為1e-6

• 點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉面板

• 點(diǎn)擊菜單項(xiàng)File → Save Case保存文件

• 點(diǎn)擊工具欄按鈕Define Run寫(xiě)入求解器文件

• 點(diǎn)擊Save按鈕啟動(dòng)CFX求解管理器

3.7 開(kāi)始計(jì)算

• 求解管理器對(duì)話框中設(shè)置Run Mode為Intel MPI Local Parallel,點(diǎn)擊下側(cè)的加號(hào)可增加CPU數(shù)量,如下圖所示設(shè)置CPU數(shù)量為6個(gè)

• 點(diǎn)擊按鈕-Start Run開(kāi)始計(jì)算

• 計(jì)算完畢后彈出提示對(duì)話框,激活選項(xiàng)Post-Process Results及Shut down CFX-Solver Manager,點(diǎn)擊OK按鈕啟動(dòng)CFD-Post

4 計(jì)算結(jié)果

1、定義壓降表達(dá)式

• CFD-Post中左側(cè)模型面板中切換至Expressions標(biāo)簽頁(yè),在任意空白位置點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵,選擇彈出菜單項(xiàng)New新建表達(dá)式

• 彈出對(duì)話框中為表達(dá)式命名為PressureDrop,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框

• 輸入表達(dá)式areaAve(Total Pressure)inlet -areaAve(Total Pressure)outlet,點(diǎn)擊按鈕Apply,則Value顯示為計(jì)算結(jié)果。

如圖所示,計(jì)算得到的壓力降為10.3203 Pa,與解析值10.24 Pa相比,誤差0.7%,本案例網(wǎng)格較為粗糙,增加網(wǎng)格密度有助于提高計(jì)算精度。

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轉(zhuǎn)自:流沙CAE

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