Fluent入门案例 | 管道泊肃叶流仿真(一)

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泊肃叶和哈根的经验定律是G.G.斯托克斯于1845年建立的关于粘性流体运动基本理论的重要实验证明。现在流体力学中常把粘性流体在圆管道中的流动称为泊肃叶流动。本案例利用Fluent中的层流模型，设置进行仿真计算。

1 workbench 设置

本案例具体设置如下图：

2 SCDM 设置

2.1 导入几何

本案例的管道模型十分简单，采用二维模型进行相关计算，具体的模型参数如下图所示：

2.2 网格设置

采用SCDM进行网格划分，采用四边形网格划分，并划分相对应的边界层网格。具体的网格划分如下图所示：

3 FLUENT 设置

3.1 General设置与网格导入

首先导入网格，然后勾选为稳态计算，并选择压力基求解器。并选择轴对称选项。

3.2 材料设置

依据相关文献中尔等数据，对材料进行设置，密度为1kg/m^3，粘度为1e-5，相关设置如下如所示：

3.3 模型设置

由于是泊肃叶流的仿真计算，因此本案例所选用的模型为层流模型，相关设置如下如所示：

3.4 边界条件设置

根据泊肃叶留的相关定义，对速度入口条件进行设置，根据几何模型的长度与半径，建立如下图所示的公式，具体设置如下图，并将该公式带入到入口边界条件中：

3.5 初始化设置

首先进行残差设置，此处选择1e-5的收敛标准，具体设置如下图：

然后进行标准初始化设置，具体设置如下图：

4 计算设置

此处进行的计算设置如下：

5 后处理结果

5.1 后处理结果

计算所得到的残差收敛图如下图所示：

对泊肃叶流的计算结果进行可视化处理，管内速度结果如下图所示：

对泊肃叶流的计算结果进行可视化处理，管内压力结果如下图所示：

进出口压降计算结果如下图所示，可以发现压降结果为10.24Pa，与Fluent官方案例的结果一致，皆为10.24Pa（此处没有进行物理量监测，个人怀疑该结果只是凑巧，可能尚未完全稳定，继续计算应该会产生误差）：

来源：CFD仿真库

Fluent VOF波浪造波问题

本案例利用Fluent中的VOF模型，对波浪问题进行了仿真计算。该案例比较简单，但通过该案例可延伸到溃坝、泄洪，海洋平台浮动等较为复杂的仿真问题。1前处理设置采用了Fluentmeshing进行前处理，采用多面体的方法对体网格进行划分。2计算设置2.1导入网格通过SwitchtoSolution导入网格进行求解计算。2.2General设置选择瞬态计算，并设置重力加速度2.3材料定义此处添加材料为water作为海水。2.4模型设置采用k-wSST湍流模型，并开启VOF多相流模型。VOF模型设置如下，开启openchannelflow和openchannelwavebc模型。2.5边界条件简单模拟造波问题，一端定义为速度进口，一端定义为压力出口，其他部分皆为壁面。首先设置速度进口的相关参数，勾选OpenChannelWaveBC。根据模型具体尺寸，选择自由液面的高度与海底高度。并设置波浪的参数，浪高、浪宽与波浪模型。然后对出口条件进行设置，打开openchannel，设置自由液面与海底高度。2.6初始化设置进行初始化设置，选择初始化的方法。3后处理设置通过mesh与contours添加后处理云图。4造波结果导入波浪仿真动画。来源：CFD仿真库