方腔頂蓋驅(qū)動(dòng)流數(shù)值模擬

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上方腔頂蓋驅(qū)動(dòng)流數(shù)值模擬張鑫（浙江理工大學(xué) 動(dòng)力工程 2013G）摘 要：在計(jì)算流體力學(xué)的研究中，通常要計(jì)算方腔驅(qū)動(dòng)流問題來檢驗(yàn)各種N-S數(shù)值方法的有效性。本文利用Fluent軟件對標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算流體力學(xué)測試算例方腔驅(qū)動(dòng)流問題進(jìn)行了模擬分析，其計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中的標(biāo)準(zhǔn)解符合的比較好。關(guān)鍵字：N-S方程 方腔驅(qū)動(dòng)流 Fluent數(shù)值求解0引言流體流動(dòng)的數(shù)值模擬廣泛應(yīng)用于氣象、航天、機(jī)械、采礦等自然研究和工程計(jì)算的各個(gè)領(lǐng)域。近年來，隨著高性能計(jì)算與通信的迅速發(fā)展，針對流體流動(dòng)的數(shù)值模擬以及求解相應(yīng)Navier -Stokes方程(簡稱N-S方程)的高級算法研究現(xiàn)已成為目前國內(nèi)外備受

2、關(guān)注的熱點(diǎn)和前沿課題。Fluent軟件是用于模擬具有復(fù)雜外形的流體流動(dòng)以及熱傳導(dǎo)的計(jì)算機(jī)程序，可以有效地模擬方腔驅(qū)動(dòng)流問題，為計(jì)算流體力學(xué)的算法理論研究提供仿真參考。高殿榮等學(xué)者采用液壓沖擊進(jìn)行了分析；韓善玲等分析流體在空腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和物理機(jī)制，指出微小的凹凸是引起噪聲的原因之一。楊晶用Fluent軟件對方腔驅(qū)動(dòng)流動(dòng)進(jìn)行了模擬分析，研究了不同雷諾數(shù)對計(jì)算結(jié)果的影響。1模型介紹下圖描述了本文所研究的物理模型，模型為邊長等于0.1m的正方形，上壁面為有一定速度的水，兩側(cè)壁面及地面均固定。流體材料為水，密度為998.2kg/m3，黏度。 a=0.4m2數(shù)值計(jì)算2.1、N-S方程本文控制方程采用納維

3、司托克斯方程，納維司托克斯方程是描述粘性不可壓縮流體動(dòng)量守恒的運(yùn)動(dòng)方程。簡稱N-S方程。在直角坐標(biāo)系中，可表達(dá)為如下所示：連續(xù)方程：動(dòng)量方程：2.2、網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)置在gambit軟件中建立模型劃分網(wǎng)絡(luò)，由于模型幾何形狀比較規(guī)則，故全部采用四邊形的的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，如下圖所示。邊界條件：壁面皆為壁面無滑移條件，其中上頂蓋以一定速度移動(dòng)。網(wǎng)格總數(shù)為10000。2.3、fluent軟件求解計(jì)算導(dǎo)入.mesh文件后，在scale里面同一單位。如下圖所示： 求解器采用基于壓力，定常，層流模型。流體材料為液態(tài)水。邊界條件設(shè)置為wall1為平移界面，剩下的為無滑移的固定界面。對殘差進(jìn)行設(shè)置后，初始化運(yùn)算

4、條件后開始進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。3、模擬結(jié)果及分析由于流體有粘性，相鄰的流體層之間相互作用，高速流體層帶動(dòng)低速流體層，低速流體層阻礙高速流體層。由于流體粘性系數(shù)較大，雷諾數(shù)變化較小，但依然從流線圖中可以看出，在Re=100時(shí)中心渦在方腔的中間的位置，Re=300時(shí)，中心漩渦有向右上方移動(dòng)的趨勢，隨著雷諾數(shù)的增加，中心漩渦的位置越來越接近運(yùn)動(dòng)方向偏上的位置。3.1 方腔內(nèi)流線函數(shù)的分布情況 Re= 100 Re=300 Re=500 Re=700Re=9003.2 tecplot后處理 對Fluent輸出的速度題圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理得到的圖像與上述分析相同的結(jié)果。見下圖 Re依次為100、300、500、

5、700、9004、結(jié)論方腔驅(qū)動(dòng)流是數(shù)值計(jì)算中比較簡單，具有驗(yàn)證性的一種流動(dòng)情況，受到很多研究者的關(guān)注。本文通過不同雷諾數(shù)觀察方腔流動(dòng)，所得結(jié)論如下：（1）當(dāng)邊界以一定的速度移動(dòng)時(shí)，方腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的漩渦流，漩渦中心靠近運(yùn)動(dòng)方向的一側(cè)，雷諾數(shù)相對較小的時(shí)候，方腔渦中心偏向于方腔的中間，隨著雷諾數(shù)增加面中心渦，逐漸向右上方移動(dòng)。（2）隨著雷諾數(shù)的增加，漩渦向方腔右上方移動(dòng)。（3）方腔壁面上的速度大于其他地方的速度。參考文獻(xiàn)：【1】楊晶.基于Simple 算法的方腔驅(qū)動(dòng)流問題數(shù)值模擬.電力學(xué)報(bào)，2010,01【2】E. Ertuk, T.C.Corke and C. Gokcol. Numerical Solutions of 2-D Steady Incompressible Driven Cavity Flow at High Reynolds Numbers, Int.J.Numer.Meth.Fluids,2005, vol.48,pp.747-774 【3】Ronald J. Adrian. Particle-imaging techn