渐缩渐扩管的无粘与可压缩流动模拟(fluent).doc

渐缩渐扩管的流动是计算流体力学模拟的经典问题之一。在这类流动中，激波的出现是流动中可压缩效应的体现。精确的激波模拟是CFD研究的热点之一。为了更好捕捉压力梯度，需要采用较细的网格并结合合适的数值模拟和格式。很多实际模拟中，局部网格的自适应会很有帮助。
一、 Double Precision的选择
如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动（如渐缩渐扩管的无粘与可压缩流动模拟）。

二、 操作条件
对于可压缩流动的计算，推荐在Define/Operating Conditions中将工作压力设为0，从而，最小化由于压力脉动而引起的误差。

三、 压强进口边界条件
压强进口边界条件用于定义进口流体的压强，可用于不可压缩和可压缩流动。当进口压强已知，而流动速度或流量未知时，可使用压强进口边界条件。压强进口边界条件也可用于定义外部或非受限流动的“自由边界”。

定义总压与静压
首先道总压（）与静压（）的关系如下（根据伯努力积分）：

在Momentum（动量）选项卡内，Reference Frame为参考值，有绝对值（Absolute）与相对于临近区域值（Relative to Adjacent Zone）两个选项供选择，一般保持默认的绝对值，Gauge Total Pressure（表总压）文本框中输入总压的值。
静压在FLUENT中被称为Supersonic/Initial Gauge Pressure（超音速/初始表压），如果进口流动是超音速的或者是准备压强进口边界条件进行计算的初始化工作，则必须定义静压。在流场为亚音速时，FLUENT将忽略Supersonic/Initial Gauge Pressure（超音速/初始表压）的输入数据，而用驻点参数求出静压。（例如，对于空气，当速度为时，可先求出其动压为，静压等于总压减去动压得到。）
由此可见，本例对于静压的设置还是可行的。
对于高雷诺数的计算，由于采用压强入口边界条件，湍流强度并不易求出，这里给出推荐范围1%~5%（当然也可以采用预估的方法估计一下）。

由此可见，本例对于湍流强度是大致估计也是基本合理的。

四、 流动模型的设置
本例显然是湍流，当然可以采用湍流模型，但因网格比较多湍流模型计算比较缓慢。
在Inviscid流动模型应用方面，无粘流动忽略了粘性对流动的影响，这对高雷诺数的流动是合适的，因为高雷诺数流动惯性力的作用远大于粘性力的作用，粘性力可以忽略，所以可以也可将其考虑成无粘流动。

五、 总结
无粘流动的求解更快，其激波在某些值上预测的偏高。无粘流动能对流动状态和激波位置进行快速预测。