本验证案例计算发动机缸内流体流动。

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问题描述

本案例较为简单，计算几何如下图所示。计算模拟理想的发动机气缸内流动情况，计算域包含一个直进口及一个升程10 mm的阀门。采用3D几何模型、稳态等温及不可压缩模拟，利用标准k-epsilon湍流模型及标准壁面函数进行计算。

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Fluent设置

• 以3D、Double Precision启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Case...加载文件valve10-1.cas.gz

2.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板保持默认设置

2.2 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，选择菜单项Model → Standard k-epsilon激活湍流模型

2.3 Materials设置

• 创建材料fluid，设置其density = 894 kg/m3，Viscosity = 0.00152875 kg/m-s

2.4 Cell Zone Conditions

• 鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > fluid-11，弹出对话框中设置Materials Name为fluid

2.5 Boundary Conditions设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > velocity-inlet-1

• 设置Velocity Magnitude为0.928156 m/s

• 设置湍流强度为10%，湍流尺度为0.28 m

出口边界采用默认设置。

2.6 Monitor

• 鼠标双击模型树节点Monitor > Residual，弹出对话框中设置连续方程收敛残差为1e-5，如下图所示

2.6 Initialzation

• 右键选择模型树节点Initialization，点击菜单项Initialize进行初始化

2.7 Run Calculation

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Number of Iterations为1000

• 点击按钮Calculate开始计算

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计算结果验证

• x=0面上速度分布

网格有点儿粗糙，导致云图出现不连续的情况。

选择z= -0.005m及z=0.01m两条直径的Z方向速度进行验证。

• 点击工具栏按Create → Line/Rake...，弹出创建线设置面板

• 按下图所示设置Z=-0.005m的线，命名为Z=-0.005

• 按下图所示设置Z=0.01m的线，命名为Z=0.01

• 利用XYPlot输出z=-0.005m线上Z Velocity，并加载实验数据，调整图形显示

• 计算值与实验值比较，如下图所示

• 相同方式比较z=0.01m位置z方向速度，如下图所示

从图中可以看出，计算结果与实验值基本吻合。不过鉴于计算网格及其粗糙，能得到此计算结果还是比较意外。

参考文献：

A. Chen, K.C. Lee, M. Yianneskis, G. Ganti, “Velocity Characteristics of Steady Flow Through a Straight Generic Inlet Port”. International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol 21, pp. 571-590, 1995.

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