Fluent验证案例27：后向台阶湍流流动

本案例利用Fluent计算后向台阶湍流流动问题。

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案例描述

后向台阶流动中，流体介质在台阶处发生分离后在底部面上重新附着。计算区域如下图所示，入口位于上游4 h，出口位于台阶位置下游30 h处，其中h=1 m为台阶高度。基于台阶高度的雷诺数约为37400。

计算条件如表所示。

计算网格如图所示。

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Fluent设置

• 采用2D、Double Precision启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Case...读取case文件VMFL027_drivseeg-rke_neqwf-1.cas.gz

2.1 Genearl设置

• 双击模型树节点General，右侧面板保持默认设置

2.2 Models设置

• 双击模型树节点Models > Viscous，弹出对话框中选用Realizable k-epsilon湍流模型，如下图所示

2.3 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > fluid > air弹出设置对话框，设置其密度为1 kg/m3，粘度为0.0001 kg/m-s，如下图所示

2.4 Cell Zone Conditions

• 双击模型树节点Cell Zone Conditons > fluid-7，弹出对话框中设置Material Name为fluid

2.5 Boundary Conditions设置

• 利用菜单File → Read → Profile…打开文件对话框，读取profile文件VMFL027_drivseeg-rke_neqwf.set.prof

注：本案例的入口边界采用Profile指定，确保其为充分发展流动。其实也可以利用UDF宏DEFINE_PROFILE进行指定。

• 双击模型树节点Boundary Conditions > velocity-inlet-5，如下图所示设置

• 双击模型树节点Boundary Conditions > pressure-outlet-4，如下图所示设置

• 其他边界采用默认设置

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

2.7 Initialzation

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

2.8 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

• 速度分布

验证底部壁面摩擦系数，利用公式： 

其中密度为1 kg/m3，速度为3.74 m/s。

注：Fluent中提供了变量Skin Friction Coefficient，然而该变量是个标量，没有正负。这里利用有正负的剪切力重新定义该变量。

• 右键选择模型树节点Custom Field Function，点击弹出菜单项New…新建变量

• 弹出对话框中定义变量cf*1000，如下图所示

注：放大1000倍是为了便于与实验值比较。该变量值非常小，放大后便于观察。

• 绘制wall-3壁面上变量分布，并加载实验数据

• 最终计算值与实验值比较，如下图所示

可以看出，计算结果能够较好的吻合实验数据。

参考文献：D.M. Driver, H.L. Seegmiller, "Features of a Reattaching Turbulent Shear Layer in Divergent Channel Flow". AIAA Journal,Vol 23, pp. 163-171, 1985

文件链接:

 https://pan.baidu.com/s/1aNVvjYZU6gBm7oVnl_w2YQ 

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本篇文章来源于微信公众号: CFD之道