本案例演示利用Fluent计算可压缩湍流混合问题。

参考文献：

S.G. Goebel, J.C. Dutton. “Experimental Study of Compressible Turbulent Mixing Layers”. AIAA Journal, Vol. 29, pp. 538-546, 1991

1 问题描述

计算模型如下图所示。长宽比28.6的空腔内，由于温度差异引起自然对流。

矩形通道中有两股速度不同的空气混合，计算条件如下表所示。

本案例采用稳态计算，考虑流体的可压缩性，采用RNG k-epsion湍流模型进行计算。

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，右侧面板激活选项Density-Based采用密度基求解器

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

• 鼠标双击模型树节点Models > Viscous，打开的设置对话框中选择选项k-epsilon及RNG以激活湍流模型

注：这里也可以用SST k-omega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

• 其他参数如图所示进行设置，点击按钮Change/Create修改参数

2.4 Boundary Conditions

1、v1边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > v1弹出设置对话框

• Momentum标签页设置Gauge Total Pressure为487000 Pa，设置Supersonic/Initial Gauge Pressure为36000 Pa，湍流参数如下图所示进行设置

• Thermal标签页设置Total Temperature为 360 k

2、v2边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > v1弹出设置对话框

• Momentum标签页设置Gauge Total Pressure为38000 Pa，设置Supersonic/Initial Gauge Pressure为36000 Pa，湍流参数如下图所示进行设置

• Thermal标签页设置Total Temperature为 290 k

3、pressure_outlet-19

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pressure_outlet-19弹出设置对话框

• Momentum标签页设置Gauge Total Pressure为36000 Pa，湍流参数如下图所示进行设置

• Thermal标签页设置Total Temperature为 360 k

4、pressure_outlet-7

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pressure_outlet-7弹出设置对话框

• Momentum标签页设置Gauge Total Pressure为38000 Pa，湍流参数如下图所示进行设置

• Thermal标签页设置Total Temperature为 290 k

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，如下图所示进行参数设置

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

• 利用TUI命令/solve/initialize/fmg-initialization激活FMG初始化

注：本案例若不使用fmg初始化，基本上只有发散的命。

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

• 速度分布

• 计算验证

与实验值对比验证x=0.05m面上x方向速度分量沿Y方向分布。对比结果如下图所示。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道