本案例利用CFX计算同心管内自然对流。

1 案例概述

参考文献：T.H. Kuehn, R.J. Goldstein, “An Experimental Study of Natural Convection Heat Transfer in Concentric and Eccentric Horizontal Cylindrical Annuli”, Journal of Heat Transfer, Vol 100, pp. 635-640, 1978.

”

案例几何如图所示。两个同心圆管，其中内管半径17.8 mm，温度373K，外管半径46.25 mm，温度327 K。

两管道间的环形空间内介质粘度2.081e-5 kg/m-s，比热1008 J/kg-K，热传导系数0.02967 W/m-K，密度考虑为不可压缩理想气体。研究管道竖直轴线上速度分布（图中的Top与Bottom）

2 CFX设置

2.1 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

2.2 读取网格

• 选择菜单File → Import → Mesh，弹出对话框中选择网格文件VM09.cas

导入的模型如图所示。

2.3 设置材料参数

• 鼠标双击模型树节点Materials > Air Ideal Gas打开材料属性编辑面板
• 如下图所示，材料设置面板中修改Specific Heat Capacity为1008 J/(kg K)
• 指定Dynamic Viscosity为2.081E-5 kg/(m.s)
• 指定Thermal Conductivity为0.02967 W/(m.k)
• 点击OK按钮关闭对话框

• 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。

”

• 切换到Fluid Models标签页，设置Heat Transfer为Thermal Energy，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

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Inwall

• 在Basic Settings标签页中设置Location为wall3

• 切换至Boundary Details标签页，设置选项Temperature，指定Fixed Temperature为373 K

• 其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭设置面板

2、outwall边界

• 创建边界并命名为wall4，指定其location为wall 4，如下图所示

• 该边界采用默认设置

3、对称边界

• 创建对称边界symSideA、symSideB、bsym及tsym，分别指定其位置为Primitive 2D A、Primitive 2D B、bottom sym及top sym

边界创建完毕后树形菜单如下图所示。

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

• 进入Advanced Options标签页，激活选项Body Forces，如下图所示指定参数

• 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

• 温度分布

• 创建多段线，利用边界与平面相交得到交线

• 下半部对称边上温度计算值与实验值比较

• 上半部对称变上温度计算值与实验值比较

本文结束。下方为手残党专区。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道