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[转载]Fluent计算可压缩流动

2017-08-06 20:27阅读：

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原文地址：Fluent计算可压缩流动
原文作者：明哲舍我其谁

在高速流动或者压力变化剧烈的流动中会遇到压缩性影响.当流体流动速度接近或者大于气体的声速时或者系统的压力变化D p /p较大时,气体随压力变化密度会对流动速度,温度有较大的影响.可压缩性流动具有独特的物理性质当马赫数远小于1.0时(M < 0.1),可压缩性影响可以忽略,在模拟中气体密度随压力的变化可以忽略.当马赫数接近1.0时(被称为跨声速流动区域),可压缩性影响变得越来越重要了.当马赫>1.0时,称为超声速流动,其中可能会包含激波或者膨胀波,它们会对流动有较大的影响.可压缩性流动最为典型的是使用总压p_0和总温T_0来描述.
一、可压流动的基本方程：
可压缩性流动用Fluent所解的标准连续性和动量方程来描述,你不必设定任何特殊的物理模型(除了气体定律的可压缩性形式一节中介绍的密度的可压缩性处理.FLUENT所解的能量方程很好的处理了流动速度和静温之间的耦合,不管你什么时候解可压缩性流动都必须激活能量方程.除此之外,如果你使用分离解算器,你需要激活能量方程一节中方程的粘性耗散项,该项在高马赫数流动中会变得很重要.
二、在FLUENT中设定可压流动步骤如下:
1. 在操作条件面板中设定操作压力@Define/Operating Conditions....(你可以认为p_op为流动中标准压力p为零的点处的绝对静压.)
2. 在能量面板中激活能量方程的解@Define/Models Energy....
 3. 如果模拟湍流流动,请在粘性面板打开粘性热传导来激活能量方程的粘性耗散项(只用于分离解算器).这些项在高速流动中可能会十分重要@Define/Models/Viscous....如果使用耦合解算器这一步就不必要了,因为耦合解算器在能量方程中总是包含粘性耗散项.
 4. 在使用材料面板中设定@Define/Materials...（1）. 在密度后面的下拉菜单中选择理想气体（2）. 定义所有的相关属性(比热,分子量,热传导系数等).
5. 设定边界条件,要确保边界条件与流动区域很好的结合。必须记住,所有的压力输入(总压或静压)都必须是相对于操作压力 而言的,入口处的温度必须是总温(驻点温度)而不是静温@Define/Boundary Conditions...这些输入应该能够较好的描述可压缩流动问题.在计算之前你可能要考虑特定的解的参数的设定,具体可以参阅可压流动的解策略一节
三、可压流动入口处口边界条件的提法:
1.流动入口：（1）入口总温和入口总压（超声速入口还有静压）@pressure_inlet.（2）入口质量流动和总温@mass_flow_in
2.流动出口：出口静压(超声速此项忽略)@pressure_oulet
一定要记住,边界条件的压力输入(总压或静压)必须是根据标准压力,也就是操作条件面板中定义的操作压力来设定的.入口处的所有温度输入都必须是总温(驻点温度)而不是静温.
四、可压流动的解策略
解决可压缩流动主要难点在于速度,密度,压力和能量之间的高度耦合.耦合可能会导致解的不稳定,所以为了得到收敛解需要特定解决技巧.除此之外,激波(间断面)的产生可能会导致计算中出现其它的不稳定性问题.下面介绍一下可能会对计算有帮助的几个技巧:
1.对速度使用守恒的亚松驰参数,大约为0.2或者0.3(只用于分离解算器).
2.设定压力的亚松驰约为0.1并使用SIMPLE算法(只用于分离解算器).一定要注意对于可压缩流动不能使用SIMPLEC或者PISO算法.
 3.设定温度和压力的极限以避免解的发散,尤其是初始解的发散@solve_controls_solution.如果FLUENT的消息输出被限制的温度或者压力作为接近收敛的解,那么你就需要改变限制的范围,因为较高或较低的计算值可能是物理解.
4.如果需要的话,开始解决问题时在边界处使用减小的压力比,然后增加压力比直至达到所需的操作条件.虽然不可压流动解在某些情况下可能是对可压流动较差的猜测,你还是可以考虑从不可压流动解开始计算可压流动解。另外，在某些情况下从无粘流动开始计算可能很有帮助.
五、可压流动结果的报告
你可以使用和不可压流动一样的方式来显示可压流动的计算结果.当模拟可压流动时,下面的变量尤为重要:总温、总压、马赫数。在后处理面板的变量选择下拉列表中包含了这些变量.总温在温度类别中,总压在压力类别中,马赫数在速度类别中..
可压缩外部流动--Fluent帮助算例============================>

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