FLUENT基准验证案例

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1 前言

今天分享一个经典的FLUENT验证案例，1990年由丹麦阿拉伯格大学的Peter V. Nielsen开展的房间通风实验如下图，获得了房间多个位置的速度值，随后的几十年里，有超过50篇数值模拟相关的论文引用了该数据，用以验证湍流模型、数值算法等。本文也将采用FLUENT对该实验模型开展一个数值模拟案例，另外也将论文原文和相关实验数据分享给大家（这是在其官网上下载的，其内容和数据都是公开的，笔者只是搬运工，因此应不存在侵权行为）。

2 模型与网格

本案例采用2D平面模型，计算域为实验房间在0XY上的截面。实验中，送风口上游有较长的斜坡通道，气流达到充分发展。本案例将分别考虑充分发展和非充分发展两种入口边界。对于前者，建模时在入口上游增加一定长度的管道，等值平均速度赋予管道入口；对于后者则不考虑上游管道，以等值平均速度赋予房间送风入口。房间长L=9m，高H=3m，送风口高h=0.168m，出风口高t=0.48m，两者计算网格如下图。

3 求解设置

本案例采用标准k-e湍流模型以验证，控制Y+＞30。

入口空气20℃，运动粘度15.3e-6m²/s，空气流速0.455m/s，采用速度入口边界，湍流参数采用湍动能和湍流耗散率按照如下方法设置。

出口采用压力出口，表压0Pa表示外部环境压力。

将速度的残差收敛标准设置为1e-5，本案采用二维模型，通常需要更高的收敛精度。特别是大空间的流动，比如本案例实际上是强迫对流和自然对流的混合流动（计算中忽略了自然对流），除了在射流中心及附近位置流速较大，其他位置的速度很小，采用默认的收敛标准可能会造成较大的误差。为此可以采用监视点的方法来判断收敛情况，比如本案例可将关心的位置的平均速度作为监视量。速度采用默认的残差标准和1e-5残差标准的监视曲线如下，可以看出采用默认的收敛标准，实际上监测点的速度值还没有达到稳定。