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OpenFOAM|验证11 三角形腔体内层流流动

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3年前浏览2563

本案例利用OpenFOAM计算三角形腔体内流体流动特征,并对计算结果进行验证。

参考文献:R. Jyotsna, S.P. Vanka. “Multigrid Calculation of Steady, Viscous Flow in a Triangular Cavity”. J. Comp. Phys., Vol 122, pp. 107-117, 1995.

1 问题描述

如图所示尺寸的三角形腔体,上部顶盖水平速度2 m/s,验证竖直轴线上速度分布。

image.png

腔体内介质密度为1 kg/m3,动力粘度0.01 kg/m-s。

2 OpenFOAM设置

2.1 文件准备

本算例采用icoFoam求解器进行计算。可以采用算例库中的cavity作为模板算例。

利用下面的命令准备文件。

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/cavity/cavity .
mv cavity VM11
cd VM11

删除多余的文件,最终算例文件结构如下图所示。

图片

2.2 准备网格

本算例采用导入Fluent msh文件的形式准备网格。将VM11.msh文件放入算例工作目录下。运行下面的命令转换计算网格并检查网格:

fluentMeshToFoam VM11.msh
checkMesh

确保网格检查结果没有错误信息。如下图所示。

图片

2.3 材料属性设置

修改transportProperties文件,指定介质运动粘度0.01 m2/s。

文件内容如下所示。

FoamFile
{
   version     2.0;
   format      ascii;
   class       dictionary;
   location    "constant";
   object      transportProperties;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * //
nu              [0 2 -1 0 0 0 0] 0.01;

2.4 边界条件与初始条件

1、p文件

p文件内容如下所示。

FoamFile
{
   version     2.0;
   format      ascii;
   class       volScalarField;
   object      p;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * //

dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0];

internalField   uniform 0;

boundaryField
{
   TOP
   {
       type            zeroGradient;

   }
   WALLS
   {
       type            zeroGradient;

   }
   frontAndBackPlanes
   {
       type            empty;

   }
}

2、U文件

U文件内容如下所示。

FoamFile
{
   version     2.0;
   format      ascii;
   class       volVectorField;
   object      U;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * * //
dimensions      [0 1 -1 0 0 0 0];
internalField   uniform (0 0 0);

boundaryField
{
   TOP
   {
       type            fixedValue;
       value           uniform (2 0 0);

   }
   WALLS
   {
       type            noSlip;
   }
   frontAndBackPlanes
   {
       type            empty;
   }
}

2.5 求解控制参数

1、controlDict文件

文件内容为:

FoamFile
{
   version     2.0;
   format      ascii;
   class       dictionary;
   location    "system";
   object      controlDict;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * //
application     icoFoam;
startFrom       startTime;
startTime       0;
stopAt          endTime;
endTime         10;
deltaT          0.01;
writeControl    timeStep;
writeInterval   20;
purgeWrite      5;
writeFormat     ascii;
writePrecision  6;
writeCompression off;
timeFormat      general;
timePrecision   6;
runTimeModifiable true;

2、fvSolutions文件

在fvSolutions文件中打开正交修正。

FoamFile
{
   version     2.0;
   format      ascii;
   class       dictionary;
   location    "system";
   object      fvSolution;
}
// * * * * * * * * * * * * * * * * //

solvers
{
   p
   {
       solver          PCG;
       preconditioner  DIC;
       tolerance       1e-06;
       relTol          0.05;
   }

   pFinal
   {
       $p;
       relTol          0;
   }

   U
   {
       solver          **oothSolver;
       **oother        symGaussSeidel;
       tolerance       1e-05;
       relTol          0;
   }
}

PISO
{
   nCorrectors     2;
   nNonOrthogonalCorrectors 3; //设置正交修正次数为3
   pRefCell        0;
   pRefValue       0;
}

2.6 求解计算

运行icoFoam进行计算。

3 计算结果

  • 速度分布

图片

  • X方向速度

图片

  • X方向速度沿Y轴在中线上的分布如下图所示

图片

  • 将U_X分布数据导出到文本文件,并将速度进行无量纲处理(除以顶部壁面的速度2 m/s),并与实验数据进行比较
set xlabel "y(m)"
set ylabel "non-vel(m/s)"
set grid
set key right
plot "VM11.txt" u 1:2 w line lw 3 t "numeric","xvelEXP.xy" u 1:2 w point pt 7 t "exp"

比较的结果如下图所示。

图片

从图中看出,计算结果吻合程度较好。

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网格处理求解技术科普流体基础OpenFOAM
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首次发布时间:2020-12-15
最近编辑:3年前
CFD之道
博士 | 教师 探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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