本案例应用STAR CCM+计算并验证两同心圆柱体之间库艾特流动。

文献：F. M. White. Viscous Fluid Flow. Section 3-2.3. McGraw-Hill Book Co., Inc.. New York, NY. 1991.

1 案例描述

本案例研究两个同心圆柱体之间的层流流动。几何如图所示。内筒以恒定速度旋转带动流体运动，外筒保持静止。本案例可采用二维几何建模。

图中几何尺寸为:

• 内圆柱半径17.8mm

• 外圆柱半径46.28mm

流体介质属性为:

• 密度1kg/m3

• 粘度0.0002 kg/m-s

内筒旋转角速度1 rad/s。

几何模型如图所示。

采用稳态层流计算。并与理论值进行比较（理论值来自F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed). P275。

式中，wi为内部圆柱旋转角速度；ri为内部圆柱半径；r_o为外部圆柱半径；r为面上点到圆形的距离。

2 STAR CCM+设置

2.1 启动STAR CCM+

• 启动STAR CCM+，点击菜单File → New…弹出设置对话框，如下图所示保持默认设置，点击OK按钮新建仿真

2.2 导入网格

本案例网格由ICEM CFD生成。

• 点击菜单File → Import → Import Volume Mesh…，在弹出对话框中选择网格文件ex1.msh导入网格

• 右键选择模型树节点Scenes，点击弹出菜单项New Scene → Mesh，如下图所示

图形窗口中显示导入的网格，如下图所示。

2.3 添加物理模型

• 右键选择模型树节点Continua → Physics 1，点击弹出菜单项Select models…，弹出设置对话框

• 弹出对话框中选择选项Steady

• 选择选项Gas

• 选择选项Segregated Flow

• 选择选项Constant Density

• 选择选项Laminar

• 其他参数保持默认设置，如下图所示

2.4 材料设置

• 鼠标双击模型树节点Continua > Physics 1 > Models > Gas > Air，弹出材料属性设置对话框

• 如下图所示，设置密度为1 kg/m3，粘度为2e-4 Pa-s

2. 5 边界条件

• 鼠标点击模型树节点Region > FLUID > Boundaries > IN > Physics Conditions > Tangential Velocity Specification，属性窗口中设置Method为Rotation Rate

• 鼠标点击模型树节点Region > FLUID > Boundaries > IN > Physics Values> Wall Relative Rotation，属性窗口中设置Value为1 rad/s，如下图所示

2.6 插入云图显示

• 右键选择模型树节点Scenes，点击弹出菜单项New Scene → Scalar，如下图所示

• 属性窗口中设置Contour Style为Smooth Filled，这样显示出来的图形比较连续

2.7 插入曲线显示

• 右键选择模型树节点Derived Parts，点击弹出菜单项New Part → Probe → Line…打开设置对话框

• 如下图所示，弹出对话框中设置线的起始点坐标，激活选项No Displayer，并关闭对话框

• 右键选择模型树节点Tools > Tables，点击弹出菜单项New Table → File Table，打开文件选择对话框并选择文件exp.csv

• 右键选择模型树节点Plots，点击弹出菜单项New Plot → XY Plot新建曲线图

• 如下图所示，设置Y轴物理量为Velocity[j]

• 如下图所示，右键选择模型树节点Data Series，弹出设置对话框添加前面导入的结果数据

• 如下图所示，添加exp表，点击OK按钮关闭对话框

2.8 开始计算

• 点击工具栏按钮Run开始计算

计算过程中看观察云图变化，计算完毕后云图如下图所示。

计算完毕后，速度分布如下图曲线所示，可看出仿真计算结果与理论值较为吻合。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道