【Fluent案例】05:非牛頓流體流動
2017-07-19 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
本案例演示如何利用FLUENT求解非牛頓流體流動問題。案例中流動介質(zhì)粘度采用Carreau模型,該粘度模型表征了流體粘度與剪切率之間的關(guān)系??杀硎緸?
式中,μ為無窮大剪切率粘度;μ0為零剪切率粘度;λ為單位時間參數(shù);n為無量綱參數(shù);γ為剪切率,圓柱坐標系下剪切率可寫為:
案例中Carreau模型各參數(shù)如表所示。
表2-1 模型參數(shù)
本案例的計算幾何可簡化為2D軸對稱幾何,如圖2-1所示。
圖2-1計算幾何
以2D方式啟動FLUENT。
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利用菜單【File】>【Read】>【Mesh…】讀入網(wǎng)格文件ex2-4.msh
網(wǎng)格讀入后自動顯示在圖形窗口。
主要檢查計算域尺寸,并根據(jù)尺寸縮放網(wǎng)格。
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選擇模型樹節(jié)點General
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點擊右側(cè)操作面板中的Scale…按鈕,彈出Scale Mesh對話框
如圖2-2所示,從圖中看出計算域尺寸不滿足真實幾何要求,需要進行縮放。 -
選擇Mesh Was Created In下拉框內(nèi)容為mm,點擊Scale按鈕進行縮放,縮放后點擊close按鈕關(guān)閉對話框。
圖2-2 縮放網(wǎng)格
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點擊操作面板上Check按鈕,檢查TUI信息
圖2-3 網(wǎng)格check信息
發(fā)現(xiàn)警告信息,出現(xiàn)此類警告信息原因在于:案例網(wǎng)格采用2D軸對稱網(wǎng)格,而FLUENT對于2D軸對稱的要求是對稱軸必須為X軸,且網(wǎng)格位于X軸上方。從圖2-2可看出Y軸最小值-1.10218e15,位于X軸下方(此微小的值為建模誤差所致)。因此需將網(wǎng)格向上平移,平移量無限制,但要確保Y軸最小值大于零。此處將網(wǎng)格向上平移1mm。
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鼠標點擊Setting Up Domain標簽頁下的Transform按鈕,選擇其中的Rotate按鈕,彈出Translate Mesh對話框,設(shè)置Traslation Offsets下的Y為1mm
圖2-4 平移網(wǎng)格
如圖2-4所示,點擊Translate按鈕平移網(wǎng)格,點擊Close按鈕關(guān)閉對話框。
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再次點擊Check按鈕
此時TUI窗口顯示的網(wǎng)格信息如圖2-5所示。沒有出現(xiàn)任何警告或錯誤,問題解決。
圖2-5 網(wǎng)格信息
設(shè)置一些常用項。
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選擇模型樹節(jié)點General
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設(shè)置2D Space選項為Axisymmetric
本案例采用軸對稱模型,其他參數(shù)保持默認。
圖2-6 General設(shè)置
本案例的Models保持默認設(shè)置。
修改材料屬性。
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選擇模型樹節(jié)點Materials,雙擊右側(cè)面板中Materials列表項air
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在彈出的Create/Edit Materials對話框中,設(shè)置Name為polystyrene
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選擇Viscosity下拉列表項Carreau Model,彈出Carreau Model設(shè)置對話框,按
如圖2-7所示進行設(shè)置
圖2-7 設(shè)置Carreau模型
點擊OK按鈕關(guān)閉設(shè)置框,軟件彈出如圖2-8所示提示對話框,點擊No按鈕。
圖2-8 確認對話框
設(shè)置計算域材料介質(zhì)。
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選擇模型樹節(jié)點Cell Zone Conditions
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鼠標雙擊右側(cè)設(shè)置面板中Zone列表框下的fluid列表項,彈出Fluid設(shè)置框
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設(shè)置Material Name為polystyrene,點擊OK按鈕關(guān)閉對話框
圖2-9設(shè)置計算域材料
設(shè)置邊界條件。
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選擇模型樹節(jié)點Boundary Conditions
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選擇右側(cè)設(shè)置面板中Zone列表框中的inlet列表項,設(shè)置其Type為Pressure-inlet,設(shè)置Gauge Total Pressure為2.1e5,點擊OK按鈕關(guān)閉對話框
圖2-10 設(shè)置入口條件
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選擇Zone列表框中的outlet列表項,設(shè)置其Type為Pressure-outlet,彈出的對話框中保持參數(shù)值為默認,點擊OK按鈕關(guān)閉對話框
其他邊界保持默認設(shè)置。
設(shè)置一些求解算法。
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選擇模型樹節(jié)點Solution Methods
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設(shè)置右側(cè)面板中的Pressure-Velocity Coupling Scheme為Coupled
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激活選項Wraped-Face Gradient Correction
其他參數(shù)保持默認設(shè)置。
進行初始化。
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選擇模型樹節(jié)點Solution Initialization
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選擇右側(cè)面板中初始化方法為Standard Initialization,選擇Compute form下拉項為inlet,點擊Initialize按鈕進行初始化
也可以使用Hybird方法進行初始化。
開始設(shè)置迭代計算。
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選擇模型樹節(jié)點Run Calculation
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設(shè)置面板中Number of Iterations為500
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點擊Calculate按鈕進行迭代計算
迭代計算完畢后,保存Case 及Data文件。
查看速度分布。
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選擇模型樹節(jié)點Graphics
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雙擊右側(cè)面板中Graphics列表框中的Contours列表項,彈出的對話框中設(shè)置Contours of為Velocity,點擊Display按鈕顯示速度分布
速度分布如圖2-11所示。
圖2-11 速度分布
同樣的方法可以觀察動力粘度分布,如圖2-12所示。
圖2-12動力粘度分布
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