【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。

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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:

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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:

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泊肃叶流动摩擦系数:

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可得压降:

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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。

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  • 点击按钮CFX-Pre启动CFX前处理界面

  • 点击菜单File → New Case新建case

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  • 弹出对话框中选择General,点击OK按钮

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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

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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。

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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

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  • 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

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  • 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

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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

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  • 将边界命名为inlet

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

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  • 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

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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

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  • 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

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  • 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

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  • 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

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  • 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

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  • 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

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  • 点击Save按钮启动CFX求解管理器

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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

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  • 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

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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

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

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  • 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。

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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

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