Fluent验证案例｜72 倾斜平板液膜流动

本案例利用 Fluent 计算沿倾斜平板流动的液膜并利用试验数据验证液膜厚度。

 

参考文献：Roy, R.P. & Jain, S. (1989). A study of thin water film flow down an inclined plate without and with countercurrent air flow. Experiments in Fluids, (7) 318-328.

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1 问题描述

计算模型如图所示。平板倾斜角度为40°，腔内无逆流空气流动，雷诺数为417。液膜以质量通量的形式引入流体区域，计算并验证下游相应壁面上的液膜厚度。

 

计算参数如下。

• 几何尺寸
• 区域尺寸：500 mm x 100 mm x 100 mm
• 液膜注入面宽度：5 mm
• 监测壁面宽度：50 mm
• 边界条件
• 液体水质量通量：76.2 kg/(m2-s)
• 重力加速度：（6.305746 , 0 , -7.514896）m/s2
• 空气流动速度为零，液膜流动为层流

2 几何与网格

在SpaceClaim中创建几何模型。

边界命名如图所示。

网格尺寸采用5 mm，生成全六面体计算网格，如图所示。

3 Fluent设置

进入Fluent参数设置。

3.1 General设置

• 设置重力加速度

 

注：设置重力加速度分量以考虑计算域的倾斜，这里计算域倾斜角度为40°。

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3.2 Models设置

• 选择Laminar进行层流计算

3.3 Materials设置

• 添加材料water-liquid

3.4 启用壁膜模型

• 鼠标双击模型树节点Models → Eulerian Wall Film打开壁膜设置对话框
• 如下图所示设置模型参数

• 液膜求解参数如下图所示进行设置

3.5 Cell Zone Conditions设置

• 计算区域采用默认设置

3.6 边界条件设置

1、inlet边界

• 指定速度为0 m/s，区域内的空气不流动

2、exit边界

• 采用默认参数设置

3、injection边界

• 打开injection边界，进入Wall Film选项卡，如下图所示设置液膜边界

4、top边界

• top边界指定为滑移边界

• 不考虑壁膜条件

5、wall边界

• 采用无滑移壁面

• 壁膜条件如下图所示设置

6、wall-monitor边界

• 指定为无滑移壁面

• 壁膜边界参数设置

3.7 Methods设置

• 采用默认参数设置

3.8 初始化计算

• 初始化计算

3.9 迭代计算

• 迭代计算1200步

 

注：壁膜计算没有残差显示。

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4 计算结果

• 液膜厚度显示

• 液膜速度显示

• 统计监测面wall-monitor上的液膜厚度，其值为0.0005497 m

与文献中的数据进行比较，如下表所示。

计算结果表现不错。本案例几何较为简单，有兴趣的道友请自行建模尝试。

（完）