FLUENT圆管湍流压降与莫迪图、尼古拉兹曲线对比
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写在前面的话：马上就要过年了，这篇文章是农历猪年的最后一篇，之后回家过年，春节期间不更新了，好好休息一下，走亲访友的搞起，想想都激动，提前祝大家春节快乐，鼠年大吉。
之前写过一个圆管湍流压降的案例（点击文末“阅读原文”查看），不知道有没有读者把计算结果和莫迪图（或者Colebrook-white公式）对比，实际上有不少人进行了详细的对比，比如可以查看一下文献《管道内壁粗糙度对沿程阻力影响的FLUENT数值模拟分析》以及《离心压缩机级的数值模拟及结构参数影响分析》（第5.5节）。总结一下大致有两个关键观点：第一，在紊流过渡区，FLUENT计算结果和莫迪图（或者Colebrook-white公式，该公式简单粗暴地对待Re>4000的所有区域，在美国很广泛地使用）有较大的误差（约15-20%）；第二，FLUENT的湍流区域同样区分光滑区、过渡区和平方区，其数据依据来源于尼古拉兹实验。关于第二个观点，可以从help文件里面看到一些蛛丝马迹。 今天，我们基于之前的圆管湍流案例做一些简要的补充，将计算结果分别和莫迪图以及尼古拉兹曲线对比。另外，管道的壁面等值粗糙度统一定为0.012mm，输入到壁面边界条件中。注意，对于人工粗糙管，粗糙度常数设定为0.5，而对于实际的工业管道，建议设定为0.5-1之间，这里我们也统一设定为0.5，实际上这个值对计算结果是有影响的，很遗憾没有确定的规则指导如何设定确定的值。
分别设定几组速度，使得湍流分别落于三个区，既然FLUENT的依据来自尼古拉兹实验，我们先和它对比一下。这里先用EXCEL编写了一个尼古拉兹公式计算表。
首先，设定速度为2m/s，此时坐落于水力光滑区，阻力系数尼古拉兹公式计算结果为0.0224。FLUENT速度边界如下，用的是均匀速度，在计算阻力系数时，以1/2管道长度和出口作为计算长度（该段充分发展，下同）。FLUENT的压力降结果为1082.48Pa，对应的阻力系数为0.0217，两者偏差3.1%。
然后，设定速度为10m/s，此时坐落于紊流过渡区，阻力系数尼古拉兹公式计算结果为0.0193。FLUENT速度边界如下，压力降结果为20075.018Pa，对应的阻力系数为0.0161，两者偏差16.5%。
最后，设定速度为80m/s，此时坐落于阻力平方区，阻力系数尼古拉兹公式计算结果为0.0178。FLUENT速度边界如下，压力降结果为1427600.7Pa，对应的阻力系数为0.0179，两者偏差0.4%。
从上面可以看出，阻力平方区和水力光滑区FLUENT计算结果和尼古拉兹曲线较为接近，但是在紊流过渡区偏差较大。
以上三种情况分别与莫迪图对比（这里同样用EXCEL编了一个计算表），偏差分别为8.7%，16.7%和1.1%，同样是阻力平方区和水力光滑区较为接近，特别是阻力平方区。
通过上面的对比结果，FLUENT的粗糙管道阻力计算相对而言更接近于尼古拉兹实验，在紊流过渡区与经验公式偏差较大。对于工程设计管道系统的阻力计算，建议重点参考莫迪图或者Colebrook-white公式，毕竟这是很多标准规范普遍应用的公式，得到了公认。
