本案例利用STAR CCM+计算管道内部湍流流动引起的压力降，并对计算结果进行验证。

验证结果不容乐观，没有对比就没有伤害，且往后看！

1 案例描述

本案例计算空气流经光滑的水平管道，管道长度2m，半径0.002 m，空气密度1.225 kg/m3，粘度1.7894e-5 kg/m-s，管道入口速度50 m/s，出口压力 0 Pa。计算管道的压降。

流经管道的雷诺数：

为湍流流动，采用布拉休斯公式计算摩擦系数（F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed). P366页）

则压力降：

计算采用轴对称模型。入口采用速度边界，50m/s；出口为压力出口，静压 0Pa；采用稳态求解。

湍流模型采用SST k-omega模型， 为保证Y+=1，采用Y+计算器可得第一层网格高度约为5e-6m，径向采用32层网格节点，轴向网格尺寸0.0005m。

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ex3.cas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（取其中一段）。

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

• 取消选项Two Dimensional，选择选项Axisymmetric

• 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Turbulent

• 选择选项K-Omega Turbulence

• 其他参数保持默认设置，如下图所示，点击Close按钮关闭对话框

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1.225 kg/m3，粘度为1.7894e-5 Pa-s

2.5 定义边界条件

1、inlet设置

• 鼠标点击模型树节点Region > FLUID > Boundaries > INLET > Physics Values > Velocity Magnitud，属性窗口中设置Value为50 m/s

2、OUTLET设置

• 鼠标选中模型树节点Boundaries > OUTLET，属性窗口设置Type为Pressure Outlet，如下图所示

2.6 查看压降

• 鼠标右键选择模型树节点Reports，点击弹出菜单项New Report > Pressure Drop

• 属性窗口中设置High Pressure为INLET，设置Low Pressure为OUTLET，如下图所示

• 右键选择模型树节点Reports > Pressure Drop 1，点击弹出菜单项Create Monitor and Plot from Report创建监控及曲线显示

2.7 设置迭代次数

• 鼠标选中模型树节点Stooping Criteria，属性窗口设置Maximum Steps为20000

注：这里没有设置其他的残差标准

2.8 开始计算

• 点击工具栏按钮Run开始计算

如下图所示，计算在450步达到收敛（主要是能量方程收敛缓慢，采用至强12核心CPU，内存32G，计算时间约10分钟），此时监测到的压降为1.9533E4Pa。

压降监测曲线如下图所示。

然而计算结果与目标值相去甚远，偏差高达-12.67%。按Fluent验证文档中给出的根据莫迪图计算的压降21744Pa来计算，偏差也高达-10.16%，当然加密网格自然可以减小计算偏差，但相同网格的Fluent却可以算到偏差零点几个百分点。

利用CFX测试计算，用时4分36秒，收敛至1e-6，计算得到入口总压22270 Pa，出口总压1547.12 Pa，压降为20722.88 Pa，偏差-4.69%。CFX胜在收敛极快。

问题到底出在哪里？欢迎探讨。Fluent、STAR CCM+及CFX的结果文件都在这里。

https://pan.baidu.com/s/1-mndxu2qY-jOlxb1Q3FpYA 
提取码：v789

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道