本案例利用CFX验证旋转腔体内指定位置速度分布。

1 案例概要

参考资料：J.A. Michelsen. “Modeling of Laminar Incompressible Rotating Fluid Flow”. AFM 86-05., Ph.D. thesis. Department of Fluid Mechanics, Technical University of Denmark. 1986.

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2 案例描述

本案例几何如图所示。

圆柱形封闭腔体底面半径1m，高度1m，其顶盖以角速度1rad/s旋转。腔体中介质密度1 kg/m3，动力粘度0.000556 kg/m-s，计算并验证半径0.6 m位置圆柱面上径向速度与切向速度分布。采用轴对称旋转模型。

3 CFX设置

3.1 启动CFX

启动CFX后，软件界面如下图所示，设置Working Directory为合适的英文路径，点击按钮CFX-Pre启动CFX前处理界面

• 点击菜单File → New Case新建case

• 弹出对话框中选择General，点击OK按钮

3.2 读取网格

• 选择菜单File → Import → Mesh，弹出对话框中选择网格文件VM08.cas

注：对于2D轴对称模型，通常可以在Fluent中设置好轴对称后输出为cas文件再导入CFX，这样CFX会自动构建楔形体。否则若直接导入msh文件，则导入的模型为长方体。

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导入的模型如图所示。

3.3 设置材料参数

• 鼠标双击模型树节点Materials > Air at 25 C打开材料属性编辑面板
• 如下图所示，材料设置面板中修改Density为1 kg/m3
• 设置Dynamic Viscosity为0.000556 Pa.s

• 点击OK按钮关闭面板

2.4 设置计算域

• 鼠标双击模型树节点Flow Analysis 1 > Default Domain打开区域设置面板

注：设置计算区的旋转速度时，确认其旋转方向。

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• 切换到Fluid Models标签页，设置Heat Transfer为None，设置Turbulence为None(Laminar)，点击OK按钮关闭面板

• 点击OK按钮关闭对话框

注：本案例不考虑传热

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2.5 边界条件

1、wall1边界

• 右键选择模型树节点Default Domain，点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界

• 将边界命名为wall1

• 在Basic Settings标签页中设置Location为wall2

• 切换至Boundary Details标签页，激活选项Wall Velocity，指定选项为Counter Rotating Wall
• 其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭设置面板

注：运动区域中的边界设置为Counter Rotating Wall，表示该边界为静止边界。

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2、wall2边界

• 创建边界并命名为wall2，指定其location为wall 3，如下图所示

• 该边界采用默认设置

注：运动区域中指定边界为无滑移边界，实质上指定的是该边界与运动该区域之间无相对运动。绝对系统中该边界为运动。

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2.6 设置周期边界

• 插入Domain Interface，采用默认名称

• 如下图所示指定边界periodic. 1 A与periodic. 1 B为旋转周期边界，旋转轴为X轴

• 指定交界面网格连接形式为1:1，周期边界通常都需要这么设置

注：CFX读入Fluent的二维cas文件后会多出一些边界面，必须将其设置为对称面。剩下未定义的面默认为wall边界，本案例采用默认设置。

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2.7 Solution Controls

• 鼠标双击模型树节点Solver Control，打开设置面板

• 如下图所示的设置面板中，设置Min. Iterations为1，设置Max. Iterations为1000，设置Residual Target为1e-7

• 点击OK按钮关闭面板
• 点击菜单项File → Save Case保存文件
• 点击工具栏按钮Define Run写入求解器文件

2.8 开始计算

• 求解管理器对话框中设置Run Mode为Intel MPI Local Parallel，点击下侧的加号可增加CPU数量，如下图所示设置CPU数量为24个
• 点击按钮Start Run开始计算

• 计算完毕后弹出提示对话框，激活选项Post-Process Results及Shut down CFX-Solver Manager，点击OK按钮启动CFD-Post

3 计算结果

• 周期面上速度分布

• 创建Y=0.6 m的zx平面，命名为y06

• 创建多段线，利用边界与平面相交得到交线

• 创建的交线如下图所示

• 多段线上径向速度分布计算值与实验值比较

• 多段线上旋转速度分布计算值与实验值比较

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本篇文章来源于微信公众号: CFD之道