本案例演示利用Fluent计算超声速流体通过钝角后的等熵膨胀现象。

参考文献：

John Anderson. Modern Compressible Flow: With Historical Perspective. McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 2002

1 问题描述

计算模型如下图所示。速度2.5马赫的流体通过角度195°的钝角壁面后，在角度下游出现等熵膨胀。

计算条件如下表所示。

计算网格如图所示。

本案例采用无粘稳态计算。

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision模式启动Fluent

2.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板选择选项Density-Based采用密度基求解器

• 点击按钮Units…进入单位设置对话框，如下图所示，设置Pressure单位为psi

设置Temperature单位为r，如下图所示。

注：这里设置的单位只是用于显示，对于计算结果没有任何影响。

2.2 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Energy，选择弹出菜单项On激活能量方程

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，弹出菜单项中选择Model → Inviscid采用无粘模型

注：当速度非常高时，惯性力远大于粘性力，此时可采用无粘模型。

2.3 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > Fluid > air弹出材料属性设置对话框

• 如下图所示，设置Density为ideal gas

• 设置Cp为1006.43 j/kg-k

• 其他参数保持默认设置，点击按钮Change/Create修改参数

2.4 Boundary Conditions

1、inlet

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > inlet弹出设置对话框

• Momentum标签页设置Gauge Pressure为29.39 psi，Mach Number为2.5

• Thermal标签页设置Temperature为 540 r

2、outlet

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > outlet弹出设置对话框

• Momentum标签页设置Gauge Pressure为0 Pa

• Thermal标签页设置Temperature为 540 r

3、farfield边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > top弹出设置对话框

• Momentum标签页设置Gauge Pressure为29.39 psi，Mach Number为2.5

• Thermal标签页设置Temperature为 540 r

2.6 Methods

• 鼠标双击模型树节点Methods，右侧面板如下图所示进行设置

2.7 Controls

• 鼠标双击模型树节点Controls，右侧面板如下图所示进行设置

2.8 Monitor

• 双击模型树节点Monitors > Residual，弹出设置对话框

• 如下图所示，设置所有变量的残差为1e-06

2.9 Initialization

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

2.10 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板如下图所示，设置Number of Iterations为5000

• 点击按钮Calculate开始迭代计算

3 计算结果

• 温度分布

• 马赫数分布

• 计算结果验证

根据文献中的计算公式，钝角下游的马赫数为3.237，从上图看出计算得到的钝角下游马赫数约为3.24，与理论值非常接近。

链接: https://pan.baidu.com/s/1O5WZGz20j7jJnlJrk4DZwQ

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