关于FLUENT模拟计算的几点见解.pdf
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1、关于 FLUENT 模拟计算的几点见解(交流学习,仅供参考) 前言前言 对于很多初学者而已,FLUENT 软件的几个概念以及常用边界条件的设定非常容易混 淆。 比如: 软件里面有静压 (static pressure) 、 动压 (dynamic pressure) 、 表压 (gauge pressure) 、 总压(total pressure) 、绝对压力(absolute pressure)以及参考压力亦即操作压力(operating pressure) ;常用的边界条件有速度入口(velocity inlet) 、压力入口(pressure inlet) 、自由流 出口(outflo
2、w) 、压力出口(pressure outlet) 。以下的论述都是把专业的术语通俗化,要想写 论文或者报告的话,还是需要用专业术语来解释(可以查看官方帮助文档) ,这里仅仅用通 俗的描述,便于初学者的理解。 正文正文 首先关于压力, 前面所述的几个压力的意义以及相互之间的关系为: 静压是我们实际仪 表测量的压力对象,我们经常讨论的压力就是静压;动压不是一个真实的压力,也不会去测 量它,它体现的是流体流动过程中产生的动力效果,用公式 2 2 1 vpd计算,可以看到 动压与流体的密度以及流速相关,对于不可压流,动压与流速应该是完全对应的关系(分布 趋势完全一样) 。表压是 FLUENT 软件具
3、有的特殊压力,也就是相对压力等同于仪表测压的 读数。软件计算所用的压力全部都是表压。绝对压力就是实际意义中得绝对压力,其值等于 表压加上参考压力。总压等于静压与动压之和,也是一个相对压力(表压) 。需要注意的是, 绝对压力等于静压与参考压力之和,实际关心的压力也是仪表测量的压力,并不包括动压。 只要记住,动压不是一个真实的压力即可。参考压力在大多数情况下都是大气压力,其值以 及位置会影响压力的分布值, 但是对压差没有影响, 就是说从入口到出口的压力降不受参考 压力影响,但是入口到出口具体压力值受影响。这样说可能有点模糊,在下面的计算实例中 会详细讨论。 其次,几个常用的边界条件。速度入口、压力
4、入口、压力出口很好理解,和实际的情况 对应就是, 实际已知什么就可以采用什么边界条件。 自由流出口边界条件输入只有一个流出 比重,代表流体从该出口流出去的占比,只有一个出口的话其值肯定就是 1,因为所有流体 只能通过这个出口流出。自由流出口的速度压力温度等物理量全部由软件计算得出。 下面,以一个计算实例讨论一下这些概念,以便更好地理解。 问题描述问题描述 计算模型如图所示, 二维轴对称模型模拟实际的圆管以节省计算资源, 我们想模拟计算 出管道里面的流场分布情况,工质为常温水。这里特别指出,坐标原点在入口左下角位置。 四边形网格,壁面进行细化,网格如下 情形情形 1: 已知入口的速度为 1m/s
5、,同时入口的绝对压力为 101325(一个大气压) ,如前所述,这 里的压力特指静压,后面不再冗述,出口压力未知。在这种情形下,毋庸置疑可以选择速度 入口和自由流出口边界条件。雷诺数约为 200000,湍流流动,选择常用的 k-epsilon 湍流模 型,湍流边界不做讨论,选用默认值。参考压力为 101325,位置选用默认,先不做修改。 计算结果计算结果: 静压分布云图以及管道中心线压力分布如下,可以看出从入口到出口,压力逐渐降低, 中间管道颈缩压力下降更多(常识不解释) 。沿流动方向,压力下降,这是实际物理表现。 再看看动压分布, 动压在颈缩位置最高, 前面已经说过, 动压和速度的平方成正比
6、关系。 速度分布如下,与前面的动压分布图对比可以看出,动压分布和速度分布是一致的。具 体的数值关系也很好查,以入口为例,入口的平均动压为 498.9758Pa,平均速度为已知的 1m/s,流体密度 998.2kg/m3,计算 0.5*998.2*12=499.1Pa,这个值就是动压大小,数值计算 的误差几乎忽略。 检查动压、静压和总压的关系,同样以入口为例。读取入口的静压平均静压为 3.7207675Pa,入口总压为 502.69656Pa,入口平均动压前面已读取为 498.9758Pa,三者关系 为 3.7207675+498.9758=502.6965675,即总压=静压+动压。 检查入口
7、的绝对压力为 101328.72Pa,前面设定参考压力为 101325Pa,两者之间的数值 关系为 101328.72-101325=3.72Pa,FLUENT 所有的压力默认为表压(gauge pressure) ,因此 可以看出绝对压力=表压+参考压力。注意到,绝对压力并没有把动压计算在内,也就是我 们前面所说的,动压不是真实的压力对象。 现在问题来了,我把参考压力的位置放在了入口位置,这种情况下,读取出口的压力为 -161.99072Pa。 如果我把参考压力位置放在出口呢?重新进行计算, 中心线静压的分布如下, 可以看出压力的分布趋势与之前把参考压力放在入口时一模一样, 只是具体的数值发
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