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Fluent压力出口中指定流量?

内容纲要

Fluent的压力出口边界中包含有一个Target Mass Flow Rate,有人就想着是不是可以在指定出口静压的同时还指定流量,本文来尝试一下。

以一个简单的模型进行测试。

如下图所示的二维轴对称管道模型,半径3 mm,长度60 mm。入口指定总压1000 Pa,出口指定静压0 Pa,不考虑流体介质的粘度,计算中采用无粘模型(主要是懒得计算沿程损失,其实考虑粘度对后面的结论并无影响)。流体介质采用水,指定其密度为1000 kg/m3。

采用网格尺寸0.25 mm,生成全四边形计算网格。

1 计算流量

  • 采用压力入口,且指定总压为1000 Pa
  • 指定出口边界的静压为0 Pa

指定残差收敛标准为1e-12。

  • 统计进出口的质量流量、静压、总压与速度,如下图所示

不出意料,这里的速度、流量与利用伯努利方程计算得到的结果一致。

利用伯努利方程,不考虑流体的粘度,因此出口位置的总压等于入口处的总压1000 Pa,静压为0,可以计算得到出口处的速度:

式中为出口位置的总压。

2 指定出口流量

压力出口边界可以指定Target Mass Flow Rate,如下图所示,指定出口流量为0.1 kg/s,看看会出现什么情况。

收敛残差变得振荡,收敛变得困难。

  • 统计结果如下图所示。

输入的目标流量得到了保证,总压也在预期内。然而出口静压变了,并不等于输入的0 Pa。可以看出如果在压力出口对话框中指定了目标流量,则求解器会优先保证流量,静压值根据总压和流量计算得到。

需要注意的是,采用此方式指定出口流量时,需要同时指定绝对压力上下限,若输入的流量太离谱,则有可能计算得到的流量无法匹配输入的流量。

3 采用流量出口

Fluent中提供了流量出口,直接指定出口流量为0.1 kg/s,看看情况怎样。

收敛性要好很多。

统计得到的结果如下图所示。

可以看到,直接采用流量出口边界并指定出口流量,其结果与压力出口中指定目标流量时完全一致。

4 总结

通过上面的尝试,可以得到下面的结论:

  • 无法直接指定出口边界的压力与流量
  • 在压力出口中指定目标流量,求解器会优先保证出口位置的流量值,然后根据总压值与出口边界的速度值计算出口边界上的静压值
  • 压力出口边界中指定目标流量,等同于使用流量出口边界

(完)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《Fluent压力出口中指定流量?》
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