【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】

2019-03-15  by:CAE仿真在线  来源:互联网

本案例利用CFX计算并验证管道内部泊肃叶流动产生的层流压降。

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

1 案例描述

本案例计算管道内部泊肃叶流动压降。案例几何如图所示。


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx分析图片1


管道半径0.00125m,长度0.1m,内部介质密度1 kg/m3,粘度1e-5 kg/m-s。管内入口流动为充分发展层流,平均速度为2 m/s。

充分发展速度表达式为:


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx分析图片2

2 验证解


验证解析解来自F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed),p357。

本案例雷诺数为:


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx图片3

泊肃叶流动摩擦系数:



【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx图片4

可得压降:



【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx图片5

采用2D轴对称模型进行计算。


3 CFX设置

3.1 启动CFX

启动CFX后,软件界面如下图所示,设置Working Directory为合适的英文路径。


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx图片6


  • 点击按钮CFX-Pre启动CFX前处理界面

  • 点击菜单File → New Case新建case


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx图片7
  • 弹出对话框中选择General,点击OK按钮



【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx图片8

3.2 读取网格


  • 选择菜单File → Import → Mesh,弹出对话框中选择网格文件VM03.cas


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训课程图片9


注:对于2D轴对称模型,通常可以在Fluent中设置好轴对称后输出为cas文件再导入CFX,这样CFX会自动构建楔形体。否则若直接导入msh文件,则导入的模型为长方体。

导入的模型如图所示。


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训课程图片10

3.3 设置材料参数


  • 鼠标双击模型树节点Materials > Air at 25 C打开材料属性编辑面板

  • 如下图所示,材料设置面板中修改Density为1 kg/m3

  • 设置Dynamic Viscosity为1 E-5 Pa.s


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训课程图片11
  • 点击OK按钮关闭面板


3.4 设置计算域

  • 鼠标双击模型树节点Flow Analysis 1 > Default Domain打开区域设置面板


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训课程图片12


  • 切换到Fluid Models标签页,设置Heat Transfer为None,设置Turbulence为None(Laminar),点击OK按钮关闭面板


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训课程图片13

注:本案例不考虑传热


3.5 边界条件

1、入口边界

  • 右键选择模型树节点Default Domain,点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训课程图片14
  • 将边界命名为inlet



【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx分析案例图片15


  • 在Basic Settings标签页中设置Location为inlet


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx分析案例图片16


  • 切换至Boundary Details标签页,设置Normal Speed为4[m/s]*(1-(r/1[m])\^2/0.00125\^2)

  • 其他参数保持默认设置,点击OK按钮关闭设置面板


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx分析案例图片17

2、出口边界


  • 右键选择模型树节点Default Domain,点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界outlet

  • 在Basic Settings标签页中设置Location为outlet


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx分析案例图片18


  • 切换至Boundary Details标签页,设置设置Mass And Momentum指定方式为Static Pressure,设置Relative Pressure为0 Pa


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx分析案例图片19
  • 点击OK按钮关闭对话框


3、设置对称边界

  • 右键选择模型树节点Default Domain,点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界symmetry

  • 在Basic Settings标签页中设置Location为periodic.1,如下图所示


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx分析案例图片20
  • 其他参数保持默认设置,点击OK按钮关闭设置面板


注:CFX读入Fluent的二维cas文件后会多出一些边界面,必须将其设置为对称面。剩下未定义的面默认为wall边界,本案例采用默认设置。

3.6 Solution Controls

  • 鼠标双击模型树节点Solver Control,打开设置面板


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx结果图片21


  • 如下图所示的设置面板中,设置Min. Iterations为100,设置Max. Iterations为500,设置Residual Target为1e-6


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx结果图片22


  • 点击OK按钮关闭面板

  • 点击菜单项File → Save Case保存文件

  • 点击工具栏按钮Define Run写入求解器文件


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx结果图片23
  • 点击Save按钮启动CFX求解管理器



【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx结果图片24

3.7 开始计算


  • 求解管理器对话框中设置Run Mode为Intel MPI Local Parallel,点击下侧的加号可增加CPU数量,如下图所示设置CPU数量为6个

  • 点击按钮-Start Run开始计算


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx结果图片25


  • 计算完毕后弹出提示对话框,激活选项Post-Process Results及Shut down CFX-Solver Manager,点击OK按钮启动CFD-Post


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训的效果图片26

4 计算结果


1、定义压降表达式

  • CFD-Post中左侧模型面板中切换至Expressions标签页,在任意空白位置点击鼠标右键,选择弹出菜单项New新建表达式


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训的效果图片27


  • 弹出对话框中为表达式命名为PressureDrop,点击OK按钮关闭对话框


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训的效果图片28


  • 输入表达式areaAve(Total Pressure)inlet -areaAve(Total Pressure)outlet,点击按钮Apply,则Value显示为计算结果。


【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】cfx培训的效果图片29


如图所示,计算得到的压力降为10.3203 Pa,与解析值10.24 Pa相比,误差0.7%,本案例网格较为粗糙,增加网格密度有助于提高计算精度。

链接:

https://pan.baidu.com/s/1NDUi8pZ4eKbc1eOYaPwJnA

提取码:l800


转自:流沙CAE

开放分享:优质有限元技术文章,助你自学成才

相关标签搜索:【CFX案例】05:管道中的泊肃叶流动【转发】 ansys-cfx流体分析培训 CFX培训 cfx技术教程 cfx资料下载 cfx视频教程 cfx学习资料 cfx软件下载 ansys cfx编程二次开发 CFX代做 CFX基础知识 Fluent、CFX流体分析 HFSS电磁分析 

编辑
在线报名:
  • 客服在线请直接联系我们的客服,您也可以通过下面的方式进行在线报名,我们会及时给您回复电话,谢谢!
验证码

全国服务热线

1358-032-9919

广州公司:
广州市环市中路306号金鹰大厦3800
电话:13580329919
          135-8032-9919
培训QQ咨询:点击咨询 点击咨询
项目QQ咨询:点击咨询
email:kf@1cae.com