【CFX案例】05：管道中的泊肅葉流動【轉(zhuǎn)發(fā)】

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

本案例利用CFX計算并驗證管道內(nèi)部泊肅葉流動產(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

本案例計算管道內(nèi)部泊肅葉流動壓降。案例幾何如圖所示。

管道半徑0.00125m,長度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 驗證解

驗證解析解來自F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed),p357。

本案例雷諾數(shù)為:

泊肅葉流動摩擦系數(shù):

可得壓降:

采用2D軸對稱模型進(jìn)行計算。

3 CFX設(shè)置

3.1 啟動CFX

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

• 點擊按鈕CFX-Pre啟動CFX前處理界面

• 點擊菜單File → New Case新建case

• 彈出對話框中選擇General,點擊OK按鈕

3.2 讀取網(wǎng)格

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

注:對于2D軸對稱模型,通?？梢栽贔luent中設(shè)置好軸對稱后輸出為cas文件再導(dǎo)入CFX,這樣CFX會自動構(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)雙擊模型樹節(jié)點Materials > Air at 25 C打開材料屬性編輯面板

• 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

• 點擊OK按鈕關(guān)閉面板

3.4 設(shè)置計算域

• 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點Flow Analysis 1 > Default Domain打開區(qū)域設(shè)置面板

• 切換到Fluid Models標(biāo)簽頁,設(shè)置Heat Transfer為None,設(shè)置Turbulence為None(Laminar),點擊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

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

• 將邊界命名為inlet

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

• 切換至Boundary Details標(biāo)簽頁,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,點擊OK按鈕關(guān)閉設(shè)置面板

2、出口邊界

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

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

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

• 點擊OK按鈕關(guān)閉對話框

3、設(shè)置對稱邊界

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

• 在Basic Settings標(biāo)簽頁中設(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文件后會多出一些邊界面,必須將其設(shè)置為對稱面。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)雙擊模型樹節(jié)點Solver Control,打開設(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

• 點擊OK按鈕關(guān)閉面板

• 點擊菜單項File → Save Case保存文件

• 點擊工具欄按鈕Define Run寫入求解器文件

• 點擊Save按鈕啟動CFX求解管理器

3.7 開始計算

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

• 點擊按鈕-Start Run開始計算

• 計算完畢后彈出提示對話框,激活選項Post-Process Results及Shut down CFX-Solver Manager,點擊OK按鈕啟動CFD-Post

4 計算結(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,在任意空白位置點擊鼠標(biāo)右鍵,選擇彈出菜單項New新建表達(dá)式

• 彈出對話框中為表達(dá)式命名為PressureDrop,點擊OK按鈕關(guān)閉對話框

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

如圖所示,計算得到的壓力降為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算精度。

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轉(zhuǎn)自:流沙CAE

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