本案例计算2D腔体内自然对流现象。

计算时发生了很奇妙的事情，往后看。

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问题描述

要计算的的几何模型如图所示。一个矩形几何，长20 cm，宽2 cm，其中上边温度500 K，下部边温度300 K，两侧边为绝热边界。内部介质为空气，在温度影响下产生自然对流。

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建模及网格

采用DM创建几何模型，利用Mesh生成网格，划分为全四边形计算网格。上下边界划分300个节点，左右边界划分30个节点，共生成9000个网格。

生成网格如下图所示。

边界命名如图所示。

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Fluent设置

• 启动Fluent，开启Double Precision

3.1 General节点

• General节点下激活重力加速度，设置重力加速度为Y方向-9.81

注：自然对流计算通常需要开启重力加速度。

3.2 Models节点

• Models节点下激活能量方程

• Models节点激活Realizable k-epsilon湍流模型

本案例瑞利数： 

B是热膨胀系数，a是热扩散系数，u是粘滞系数，p是密度，L是特征长度，T是温差。对于空气来说，热膨胀系数B为0.00367，热扩散率a为0.000024m2/s。通常认为当瑞利数大于1e8时，为湍流自然对流。故本案例采用湍流计算。

3.3 Materials节点

• 修改材料air的密度为incompressible-ideal-gas

自然对流模拟，常设置介质密度为不可压缩理想气体或boussinesq。注意不可压缩理想气体适用于压力变化很小，但介质密度与温度变化相关的场合。

3.4 Boundary Conditions

• 设置上边界温度为300K

• 设置下壁面温度为500K

3.5 Methods

此处有地雷。

• 设置Pressure-Velocity Coupling为Coupled

• 激活选项Pseudo Transient

地雷在此：不激活选项Pseudo Transient会怎样？一会儿再来说。

3.6 初始化并计算

• 初始化计算

• 设置Number of Iterations为1000，迭代计算

3.7 计算结果

• 速度分布

• 温度分布

计算结果与文献结果类似，流场分布趋势是没有任何问题的。

3.8 取消Pseudo Transient

回到前面所提到的地雷处，取消激活Pseudo Transient

初始化后计算。

计算了大概1300多步，计算基本上收敛到1e-5。

下面是温度分布和速度分布。

我勒个去，什么情况，是不是感觉幼小的心灵遭受了重创，我只是没用到Pseudo Transient选项而已，造成计算结果不忍直视。

个人认为对于自然对流这种强烈瞬态的问题，采用纯瞬态计算是不靠谱的。上次放出的共轭传热的案例，同样存在此问题。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道