进气歧管的流动模拟(fluent).doc

模型模型1 如图所示为本例的几何示意图。空气的流速为15/m s，进口和出口边界的尺寸如下表所示。边界 直径 inlet 0.07841 outlet1 0.01826 outlet2 0.03008 outlet3 0.03415 outlet4 0.02657 1建立模型及网格划分建立模型及网格划分 本模型的建立及网格划分比较麻烦，也不清楚是怎样建立起来的，这里直接读入网格文件 intake.msh。读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过 Mesh 下的 Check 和 Scale（这里要转换单位）进行实现，这里不做详细描述。2求解模型的设定求解模型的设定 启动 FLUENT。启动设置如图，这里着重说说 Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利。a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。b.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。1 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通 CFD 工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD TecplotM.北京,人民邮电出版社,2011:340-349 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。求解器设置。这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。如图：下面说一说 Pressure-based 和 Density-based 的区别：a.Pressure-Based Solver 是 Fluent 的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解；Fluent 6.3 以前的版本求解器，只有 Segregated Solver 和 Coupled Solver，其实也 Pressure-Based Solver 的两种处理方法；b.Density-Based Solver 是 Fluent 6.3 新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有 Roe，AUSM+，该方法的初衷是让 Fluent具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太完善；它只有 Coupled 的算法；对于低速问题，他们是使用 Preconditioning 方法来处理，使之也能够计算低速问题。Density-Based Solver 下肯定是没有 SIMPLEC，PISO 这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现的；一般还是使用 Pressure-Based Solver 解决问题。基于压力的求解器适用于求解不可压缩和中等程度的可压缩流体的流动问题。而基于密度的求解器最初用于高速可压缩流动问题的求解。虽然目前两种求解器都适用于各类流动问题的求解（从不可压缩流动到高度可压缩流动），但对于高速可压缩流动而言，使用基于密度的求解器通常能获得比基于压力的求解器更为精确的结果。流动模型设置。计算雷诺数：515 0.07814 1.225Re80240.4440.7894 10UD 表面流动为湍流，这里使用的是k湍流模型，Define/Models/Viscous。a.这里我们使用的湍流模型是 Standard k模型，这种模型应用较多，计算量适中，有较多数据积累和比较高的精度，对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效果欠佳。一般工程计算都使用该模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷。b.壁面函数的选择，我们这里选择的是，标准壁面函数法。其应用较多，计算量小，有较高的精度。适合高雷诺数流动，对低雷诺数流动问题，有压力梯度、高度蒸腾和大的体积力、低雷诺数和高速三维流动问题不适合。3材料物性设置材料物性设置 保持默认的 air 物性，Define/Materials，这里不再详述。4计算计算域设置域设置 一般来讲，计算域与边界条件在建模时已确定，这里只是根据具体需要，设置相关参数。计算域在这里默认，Define/Cell Zone Conditions，默认流体介质为标准空气。5边界条件设置边界条件设置 设置进口的边界条件。从 Zone 列表中选择 inlet，并设置 Type 为 velocity-inlet。再单击 Edit 弹出 Velocity Inlet对话框。Momentum 设置：设置入口速度为15/m s，而 Specification Method 中的设置如图。在 Turbulence Specification Method（湍流定义方法）下拉列表中，可以简单地用一个常数来定义湍流参数，即通过给定湍流强度、湍流粘度比、水力直径或湍流特征长在边界上的值来定义流场边界上的湍流。这里选择 Intensity and Hydraulic Diameter，湍流强度与水力直径的确定有相应的计算方法，这里只是采用估算来加以确定。本文给出了 Turbulent Intensity 的计算公式：Turbulent Intensity1/80.16Re（暂未理解该公式，留予以后讨论）设置出口的边界条件。从 Zone 列表中选择 outlet1，并设置 Type 为 pressure-outlet。再单击 Edit 弹出 Pressure Outlet 对话框。压强出口边界条件在流场出口边界上定义静压，而静压的值仅在流场为亚声速时使用。如果在出口边界上流场达到超音速，则边界上的压强将从流场内部通过差值得到。其他流场变量均从流场内部通过插值获得。Momentum 设置：使用默认的表压参数值，因为出口为大气压，而 Specification Method中的设置如图。同理可再设置其他出口，这里不再详述。6求解求解 Solution Methods：这里保持默认的求解参数，为提高计算精度，可选择二阶迎风或 QUICK 格式。Monitors：这里默认监视残差。Solution Initialization：对于稳态问题，计算的初始化并不显得那么重要，这里只将Compute from 下拉列表中选择 inlet，然后点击 Initialize 按钮。Run Calculation：设置迭代步数，开始迭代。7后处理后处理 显示速度矢量图。设置略，结果如图 显示压力云图。设置略，结果如图：粒子追踪。a.定义入射流。Define/Injections 从进口喷入惰性粒子，设置如图。b.显示粒子追踪。Display/Graphics and Animations/Particle Tracks 设置如图 结果如图：观察发现在出口以前粒子就没有了。粒子追踪有其空间步长，且总的追踪步数有限制，默认的追踪步数为 500.这个值可能不能保证追踪粒子在计算域的完整轨迹，用户需要增大该值，使粒子顺利从出口流出。c.改变最大步长。Models/Discrete Phase，设置 Max.Number of Steps 为 2000。如图 再次显示粒子追踪，如图 d.写粒子轨迹文件。Report/Discrete Phase/Sample，设置如图 这样将写 4 个.dpm 文件，其包含粒子通过相应出口的信息。该信息可用于检查粒子通过出口的流量。