本案例利用STAR CCM+计算T型管中流量分配问题。

注：案例参数来自Fluent Verification文档。

计算模型为如下图所示的T型管道，几何尺寸L=3.0m， W=1.0m。

管内流动介质为空气Air，其密度为1 kg/m3，动力粘度0.003333 kg/m-s。空气从下方入口流入，其轴线速度满足雷诺数：

T型管的两个出口静压Ps均为0。

1 自定义函数

T型管道入口为充分发展流动，其入口速度采用自定义函数进行指定，该位置速度满足方程（坐标原点为左下角）：

其中um= 0.5m/s。

2 几何及网格

本案例计算目的是验证两个出口的流量比。由于两管道直径与出口面积相同，因此可以采用二维平面模型来计算。

注：若T型管出口面积不同，则不可使用二维模型来计算出口流量。

在ICEM CFD中创建几何及网格，如下图所示。

导出Fluent格式2D网格EX10.msh。

3 STAR CCM+设置

• 启动STAR CCM+，利用菜单File → Import → Import Volume Mesh...打开文件对话框，读入网格文件Ex10.msh

网格文件读入后检查一下边界条件名称是否完整。

3.1 选择物理模型

• 右键选择模型树节点Models，点击弹出菜单项Select Models...打开物理模型选择对话框

• 对话框中选择物理模型（Steady、Segregated Flow、Gas、Constant Density、Laminar），如下图所示

3.2 修改介质属性

• 如下图所示双击节点Air打开材料属性设置对话框

• 设置密度为1 kg/m3，动力粘度为0.003333 Pa-s

3.3 创建自定义函数

• 右键选择节点Tools → Field Functions，点击弹出菜单项New → Scalar创建变量yval

• 如下图所示，属性窗口中设置Dimension为Length/Time，设置Definition为1-pow($${Centroid}[0]-0.5,2)/0.5

3.4 设置边界条件

注：本案例只需要设置入口边界。出口默认采用压力出口，静压设置为0。

• 鼠标双击模型树节点Region → FLUID → Boundaries → INLET，可打开设置对话框

• 如下图所示设置入口速度Method为Field Function，设置Scalar Function为yVel

其他边界条件采用默认设置。

3.5  开始计算

• 选择菜单Solution → Run开始计算

收敛残差如图所示。

3.6 计算结果

• 速度分布

• 压力分布

• 流量统计

流量比为：

文献测量值为0.887，相对误差-2.72%。可以尝试增加网格密度，或使用高阶求解算法降低计算误差。

参考文献：R.E. Hayes, K. Nandkumar, H. Nasr-El-Din, “Steady Laminar Flow in a 90 Degree Planar Branch”. Computers and Fluids, Vol 17, pp. 537-553, 1989.

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道