搜索【CFX案例】05：管道中的泊肅葉流動【轉發】
2019-03-15 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
本案例利用CFX計算并驗證管道內部泊肅葉流動產生的層流壓降。
文獻: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,內部介質密度1 kg/m3,粘度1e-5 kg/m-s。管內入口流動為充分發展層流,平均速度為2 m/s。
充分發展速度表達式為:
2 驗證解
驗證解析解來自F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed),p357。
本案例雷諾數為:
泊肅葉流動摩擦系數:
可得壓降:
采用2D軸對稱模型進行計算。
3 CFX設置
3.1 啟動CFX
啟動CFX后,軟件界面如下圖所示,設置Working Directory為合適的英文路徑。
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點擊按鈕CFX-Pre啟動CFX前處理界面
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點擊菜單File → New Case新建case
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彈出對話框中選擇General,點擊OK按鈕
3.2 讀取網格
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選擇菜單File → Import → Mesh,彈出對話框中選擇網格文件VM03.cas
注:對于2D軸對稱模型,通常可以在Fluent中設置好軸對稱后輸出為cas文件再導入CFX,這樣CFX會自動構建楔形體。否則若直接導入msh文件,則導入的模型為長方體。
導入的模型如圖所示。
3.3 設置材料參數
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鼠標雙擊模型樹節點Materials > Air at 25 C打開材料屬性編輯面板
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如下圖所示,材料設置面板中修改Density為1 kg/m3
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設置Dynamic Viscosity為1 E-5 Pa.s
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點擊OK按鈕關閉面板
3.4 設置計算域
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鼠標雙擊模型樹節點Flow Analysis 1 > Default Domain打開區域設置面板
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切換到Fluid Models標簽頁,設置Heat Transfer為None,設置Turbulence為None(Laminar),點擊OK按鈕關閉面板
注:本案例不考慮傳熱
3.5 邊界條件
1、入口邊界
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右鍵選擇模型樹節點Default Domain,點擊彈出菜單項Insert → Boundary插入邊界
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將邊界命名為inlet
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在Basic Settings標簽頁中設置Location為inlet
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切換至Boundary Details標簽頁,設置Normal Speed為4[m/s]*(1-(r/1[m])\^2/0.00125\^2)
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其他參數保持默認設置,點擊OK按鈕關閉設置面板
2、出口邊界
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右鍵選擇模型樹節點Default Domain,點擊彈出菜單項Insert → Boundary插入邊界outlet
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在Basic Settings標簽頁中設置Location為outlet
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切換至Boundary Details標簽頁,設置設置Mass And Momentum指定方式為Static Pressure,設置Relative Pressure為0 Pa
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點擊OK按鈕關閉對話框
3、設置對稱邊界
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右鍵選擇模型樹節點Default Domain,點擊彈出菜單項Insert → Boundary插入邊界symmetry
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在Basic Settings標簽頁中設置Location為periodic.1,如下圖所示
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其他參數保持默認設置,點擊OK按鈕關閉設置面板
注:CFX讀入Fluent的二維cas文件后會多出一些邊界面,必須將其設置為對稱面。剩下未定義的面默認為wall邊界,本案例采用默認設置。
3.6 Solution Controls
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鼠標雙擊模型樹節點Solver Control,打開設置面板
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如下圖所示的設置面板中,設置Min. Iterations為100,設置Max. Iterations為500,設置Residual Target為1e-6
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點擊OK按鈕關閉面板
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點擊菜單項File → Save Case保存文件
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點擊工具欄按鈕Define Run寫入求解器文件
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點擊Save按鈕啟動CFX求解管理器
3.7 開始計算
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求解管理器對話框中設置Run Mode為Intel MPI Local Parallel,點擊下側的加號可增加CPU數量,如下圖所示設置CPU數量為6個
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點擊按鈕-Start Run開始計算
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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 計算結果
1、定義壓降表達式
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CFD-Post中左側模型面板中切換至Expressions標簽頁,在任意空白位置點擊鼠標右鍵,選擇彈出菜單項New新建表達式
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彈出對話框中為表達式命名為PressureDrop,點擊OK按鈕關閉對話框
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輸入表達式areaAve(Total Pressure)inlet -areaAve(Total Pressure)outlet,點擊按鈕Apply,則Value顯示為計算結果。
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%,本案例網格較為粗糙,增加網格密度有助于提高計算精度。
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轉自:流沙CAE
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