本案例利用STAR CCM+仿真计算旋转腔体内速度分布，并对计算结果进行验证。

1 案例描述

• 参考资料：J.A. Michelsen. “Modeling of Laminar Incompressible Rotating Fluid Flow”. AFM 86-05., Ph.D. thesis. Department of Fluid Mechanics, Technical University of Denmark. 1986.
• 求解器：STAR CCM+
• 物理模型：层流流动、旋转参考系

本案例几何如图所示。

 

圆柱形封闭腔体底面半径1m，高度1m，其顶盖以角速度1rad/s旋转。腔体中介质密度1 kg/m3，动力粘度0.000556 kg/m-s，计算分析半径0.6m圆柱面上径向速度分布。采用轴对称旋转模型。

2 STAR CCM+设置

2.1 启动STAR CCM+

• 启动STAR CCM+，点击菜单File → New…弹出设置对话框，如下图所示保持默认设置，点击OK按钮新建仿真

2.2 导入网格

本案例网格由ICEM CFD生成。

• 点击菜单File → Import → Import Volume Mesh…，在弹出对话框中选择网格文件EX8.cas导入网格

• 右键选择模型树节点Scenes，点击弹出菜单项New Scene → Mesh，如下图所示

图形窗口中显示导入的网格，如下图所示（取其中一段）。

2.3 添加物理模型

• 右键选择模型树节点Continua → Physics 1，点击弹出菜单项Select models…，弹出设置对话框

• 取消选项Two Dimensional，选择选项Axisymmetric

• 弹出对话框中选择选项Steady

• 选择选项Gas

• 选择选项Segregated Flow

• 选择选项Constant Density

• 选择选项Laminar

• 选择选项Axisymmetric Swirl

• 其他参数保持默认设置，如下图所示，点击Close按钮关闭对话框

2.4 材料设置

• 鼠标双击模型树节点Continua > Physics 1 > Models > Liquid > Air，弹出材料属性设置对话框，如下图所示
• 设置密度为1 kg/m3
• 设置动力粘度为5.56e-4 Pa-s
• 其他参数保持默认设置，点击Close按钮关闭对话框

2.5 定义旋转坐标系

• 右键选择模型树节点Tools > Reference Frames，点击弹出菜单项New → Rotating

• 属性窗口中如下图所示设置，设置旋转轴为x方向，选择速度为1 rad/s

2.6 定义区域旋转

• 选择模型树节点Region > fluid-6 > Physics Values > Motion Specification，属性窗口设置Reference Frame为Rotating

2.7 定义边界条件

1、wall-2设置

• 保持默认设置

2、wakk3设置

• 鼠标选中模型树节点Boundaries > wall-3 > Physics Conditions > Reference Frame Specification，属性窗口设置Option为Local Reference Frame，如下图所示

• 如下图所示，旋转节点Boundary Reference Frame Specification，设置属性窗口中Reference Frame为Rotating

2.8 定义line

• 右键选择模型树节点Derived Parts，点击弹出菜单项New Part → Probe → Line…打开设置面板

• 如下图所示参数创建line

2.9 设置迭代次数

• 鼠标选中模型树节点Stoping Criteria，属性窗口设置Maximum Steps为1000

2.10 开始计算

• 点击菜单项Solution → Run开始计算

达到计算终止条件后，计算自动停止。

3 计算结果

• 速度分布

• 径向速度与试验数据对比

• 旋转速度与实验数据对比

 

注：

1. 这里径向速度选择为Velocity > Lab Reference Frame > Laboratory > j；旋转速度选择为Velocity > Lab Reference Frame > Laboratory > k。
2. 试验数据保存为csv文件，通过table的方式导入。

”

（完毕）