CFX验证|07 非牛顿流动 作者优秀 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家 平台推荐 内容稀缺
本文摘要(由AI生成):
本文档介绍了一个在CFX中进行流体分析的流程。首先,导入了网格文件EX7.cas,对于轴对称模型建议先设置为cas文件再导入。接着,定义了新材料NonNewton,并为其设置了动力粘度为基于剪切应变率的幂律表达式。然后,设置了计算域为层流流动,不考虑传热。之后,定义了边界条件,包括入口、出口和对称边界,并导入了入口充分发展条件数据。在Solution Controls中设置了迭代次数和残差目标。最后,启动计算并在CFD-Post中分析计算结果,得到了压力降,与文献值的相对误差为0.9%。
本案例验证CFX计算管道内非牛顿幂律流体产生的压力降。
1 案例概述
参考资料 :W.F. Hughes and J.A. Brighton. Schaum's Outline of Theory and Problems of Fluid Dynamics. McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, NY. 1991.
2 模型描述
其中管道长度0.1m,直径 0.0025 m,入口为平均速度2m/s的完全发展层流速度边界,管道出口为静压为0的压力出口。流经管道中的介质密度 1000 kg/m3,动力粘度为幂率流体。
3 Fluent设置 3.1 启动CFX
启动CFX后,软件界面如下图所示,设置Working Directory 为合适的英文路径。
点击菜单File → New Case 新建case
3.2 读取网格
选择菜单File → Import → Mesh ,弹出对话框中选择网格文件EX7. cas
注:对于2D轴对称模型,通常可以在Fluent中设置好轴对称后输出为cas文件再导入CFX,这样CFX会自动构建楔形体。否则若直接导入msh文件,则导入的模型为长方体。
3.3 定义新材料
右键选择节点Expressions ,点击弹出菜单项Insert → Expression 插入表达式并命名为powerlaw
如下图所示插入表达式10[kg s^-1.6 m^-1]*(Shear Strain Rate)^(0.4-1)
右键选择节点Materials ,点击弹出菜单项Insert → Material 插入新材料NonNewton
如下图所示设置材料密度为1000 kg/m3 ,设置动力粘度为powerlaw
3.4 设置计算域
鼠标双击模型树节点Flow Analysis 1 > Default Domain 打开区域设置面板
切换到Fluid Models 标签页,如下图所示进行设置
3.5 边界条件
在定义边界之前,先导入入口充分发展条件数据。这里采用csv文件进行定义。
右键选择模型树节点User Functions ,点击弹出菜单项Insert → Profile Data Function
弹出对话框中如下图所示导入文件InputProfile.csv
右键选择模型树节点Default Domain ,点击弹出菜单项Insert → Boundary 插入边界
在Basic Settings 标签页中设置Location 为inlet
右键选择模型树节点Default Domain ,点击弹出菜单项Insert → Boundary 插入边界outlet 在Basic Settings 标签页中设置Location 为outlet
切换至Boundary Details 标签页,设置Relative Pressure 为0 Pa
右键选择模型树节点Default Domain ,点击弹出菜单项Insert → Boundary 插入边界symmetry1 在Basic Settings 标签页中设置Location 为periodic.1 ,如下图所示
注:CFX读入Fluent的二维cas文件后会多出一些边界面,必须将其设置为对称面。剩下未定义的面默认为wall边界,本案例采用默认设置。 3.6 Solution Controls
鼠标双击模型树节点Solver Control ,打开设置面板
如下图所示的设置面板中,设置Min. Iterations 为100 ,设置Max. Iterations 为500 ,设置Residual Target 为1e-6
点击菜单项File → Save Case 保存文件
3.7 开始计算
求解管理器对话框中设置Run Mode 为Intel MPI Local Parallel ,点击下侧的加号可增加CPU数量,如下图所示设置CPU数量为6个
计算完毕后弹出提示对话框,激活选项Post-Process Results 及Shut down CFX-Solver Manager ,点击OK 按钮启动CFD-Post
4 计算结果 利用菜单Insert → Expression 插入表达式PressureDrop 编辑表达式为areaAve(Total Pressure)@inlet -areaAve(Total Pressure)@outlet ,如下图所示
如图所示,CFX计算得到的压力降为61077.7 Pa。文献给出该条件下压降值为60.52 kPa,计算相对误差0.9%。
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