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方腔拖曳流_图

发布时间:2019-07-17 23:54 来源:未知 编辑:admin

  方腔拖曳流_机械/仪表_工程科技_专业资料。我们考虑一个二维的方腔拖曳流,其顶板以一定的速度向右移动,同时带动方腔内流体流动。 这是一个经典的流体力学问题,在雷诺数不同的情况下,流场内会出现数量不等的涡。我使用了三种不同的网格,对不同雷诺数下的流动进行了数值模拟,并对计算所得流场进行比较和分析,体会了网格划分对数值模拟的影响以及雷诺数对方腔拖曳流的影响。

  方腔拖曳流的数值模拟 一、问题简介与方法概述 我们考虑一个二维的方腔拖曳流,即在一个边长为 0.1 米的正方形二维空腔中充满空 气, 其顶板以一定的速度向右移动, 同时带动方腔内流体流动。 已知空气的密度为 1.225kg/m , 动力学粘度 μ =1.8×10 kg/(m?s)。计算区域如图 1 所示。顶板移动速度为 0.1m/s 时,雷诺 数为Re = ρ uL μ -5 3 ≈ 680.5,属层流状态。 这是一个经典的流体力学问题,在雷诺数不同的情况下,流场内会出现数量不等的涡。 我使用了三种不同的网格, 对不同雷诺数下的流动进行了数值模拟, 并对计算所得流场进行 比较和分析,体会了网格划分对数值模拟的影响以及雷诺数对方腔拖曳流的影响。 二、网格划分 网格 1:lid_driven_flow1.msh 均匀的结构化网格,网格数为 13689 网格 2:lid_driven_flow2.msh 边缘加密的结构化网格,网格数为 9801 网格 3:lid_driven_flow2.msh 均匀的结构化网格,网格数为 2401 三、计算设置 (一)材料设置 腔体设为铝材,内部流体设为空气,密度为 1.225kg/m ,动力学粘度 μ =1.8×10 kg/(m?s)。 -5 3 (二)边界条件 顶盖边界设为无滑移 Moving Wall,速度可根据需要改变,初始设为 0.1m/s。 (三)方程 方腔处于绝热状态且温度均匀,不加入能量方程。简单起见,假设流动均为层流状态, 也不加入湍流方程。 (四)计算设置 停止计算的残差设为 10 , 计算步数 1000 步。 1000 步后残差基本保持在 10 ~10 左右, 可以认为基本已收敛。 -6 -4 -6 四、计算结果 利用 Fluent 自带的后处理功能,画出各情况下的流线m/s,Re=1361 u=0.5m/s,Re=3402.5 u=1m/s,Re=6805 (二)网格 2 u=0.1m/s,Re=680.5 u=0.2m/s,Re=1361 u=0.5m/s,Re=3402.5 u=1m/s,Re=6805 (三)网格 3 u=0.1m/s,Re=680.5 u=0.2m/s,Re=1361 u=0.5m/s,Re=3402.5 u=1m/s,Re=6805 五、结果分析 通过查阅文献 以及三个网格之间的互相比较, 可以认为三种网格的计算结果都是比较 可信的。雷诺数在 680 和 1361 时。方腔中存在一个主漩涡和两个次生漩涡,主漩涡位于中 心略偏右上角且雷诺数越大越靠近中心, 右下角的次生漩涡比左下角的次生漩涡大。 雷诺数 达到 3400 时,流动由一个主漩涡和三个次生漩涡组成,左上角也出现了一个涡。雷诺数达 到 6800 时,流动由一个主漩涡和三个次生漩涡以及右下角的一个三阶漩涡组成,主漩涡已 基本位于方腔中心,次生漩涡也随着雷诺数增大而增大。 在网格 1、2 计算结果的比较中,网格 2 对拐角附近的次生漩涡以及更高阶的漩涡刻画 更为细致,而中央主涡尺度较大,所以网格 2 在中央部分较为稀疏的缺陷完全可以接受,我 认为网格 2 要优于网格 1。 不过网格 2 需要计算到大约 2000 步才能收敛, 而网格 1 仅需 1000 步,这也是网格 1 的一大优势。此外,网格 3 在雷诺数 680、1361、3400 时均能完整得到流 场的分布,但在雷诺数 6800 时无法算出右下角的三阶漩涡,这是由于网格尺寸太大因而无 法刻画小尺度的流动现象。可见随着流动越来越复杂、漩涡尺度越来越小,对网格的要求也 就越来越高,网格的建立对流动模拟有至关重要的影响。 [1] 参考文献 [1] 靳旭红 , 程晓丽 . 二维不可压方腔驱动流的数值研究 [A]. 北京力学会 . 北京力学会第 20 届学术年会论文集 [C]. 北京力学 会:,2014:3.

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