本案例利用CFX计算并验证压力梯度下两平面间库艾特流动。

1 案例描述

本案例模拟两个平行板之间的粘性流动。其中底板保持静止不动，顶板以恒定速度3 m/s移动。沿板平行方向压力梯度为-12 Pa/m。 
如图所示。

计算采用2D周期模型，长1.5m，宽1 m。其中介质参数：密度1kg/m3，动力粘度1 kg/m-s。

采用边界条件为：

• 顶板：壁面边界，速度沿X方向3 m/s

• 底板：固定壁面边界

• 左右周期边界： 压降-12 Pa/m

2 模型验证

解析解来自B.R. Munson, T.H. Okiishi, W.W. Huebsch, Fundamentals of Fluid Mechanics, 7th Edition，P324。

其中，U为顶板移动速度，本案例为3m/s；b为平板间距，本案例中为1 m。

代入本案例中的计算条件，可得到速度表达式：

3 CFX计算设置

3.1 启动CFX

启动CFX后，软件界面如下图所示，设置Working Directory为合适的英文路径。

• 点击按钮CFX-Pre启动CFX前处理界面

• 点击菜单File → New Case新建case

• 弹出对话框中选择General，点击OK按钮

3.2 读取网格

• 选择菜单File → Import → Mesh，弹出对话框中选择网格文件VM04.cas

导入的模型如图所示。

注：CFX导入Fluent的二维CAS文件后，会自动拉伸一层网格厚度。

3.3 设置材料参数

• 鼠标双击模型树节点Materials > Air at 25 C打开材料属性编辑面板

• 如下图所示，材料设置面板中修改Density为1 kg/m3

• 设置Dynamic Viscosity为1 Pa.s

• 点击OK按钮关闭面板

2.4 设置计算域

• 鼠标双击模型树节点Flow Analysis 1 > Default Domain打开区域设置面板

• 切换到Fluid Models标签页，设置Heat Transfer为IsoThermal，设置Turbulence为None(Laminar)，点击OK按钮关闭面板

2.5 边界条件

本案例包含一个运动壁面及一对周期边界需要设置，其他边界采用默认设置。

1、运动边界

• 右键选择模型树节点Default Domain，点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界

• 将边界命名为movewall

• 在Basic Settings标签页中设置Boundary Type为Wall，设置Location为top_wall

• 切换至Boundary Details标签页，设置Option为No Slip Wall，激活选项Wall Velocity，设置速度为U方向3 m/s，其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭设置面板

2、设置对称边界1

• 右键选择模型树节点Default Domain，点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界sym1

• 在Basic Settings标签页中设置Location为Primitive 2D C，如下图所示

• 其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭设置面板

3、设置对称边界2

• 右键选择模型树节点Default Domain，点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界sym2

• 在Basic Settings标签页中设置Location为Primitive 2D D，如下图所示

• 其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭设置面板

2.6 设置周期编辑

• 右键选择模型树节点Interfaces，点击弹出菜单项Insert → Domain Interface，采用默认名称创建交界面

• 进入Basic Settings标签页，如下图所示分别设置两侧面为Primitive 2D A及Primitive 2D B，设置Option为Transitional Periodicity

• 切换至Additional Interface Models标签页，如下图所示设置Interface Model Option为Pressure Change，设置Pressure Change为-18 Pa

注：这里需要注意压力降方向。

• 进入Mesh Connection标签页，设置Option为GGI，激活选项Intersection Control Option为Bitmap，其他参数保持默认设置，点击按钮OK关闭面板

2.7 Solution Controls

• 鼠标双击模型树节点Solver Control，打开设置面板

• 如下图所示的设置面板中，设置Turbulence Numerics Option为High Resolution，设置Min. Iterations为100，设置Max. Iterations为300，设置Residual Target为1e-6

• 点击OK按钮关闭面板

• 点击菜单项File → Save Case保存文件

• 点击工具栏按钮Define Run写入求解器文件

• 点击Save按钮启动CFX求解管理器

2.7 开始计算

• 求解管理器对话框中点击按钮Start Run开始计算

• 计算完毕后弹出提示对话框，激活选项Post-Process Results及Shut down CFX-Solver Manager，点击OK按钮启动CFD-Post

4 计算结果

1、显示对称面上u速度分布

对称面上速度分布如图所示。

2、显示x=0.75m位置u速度分布并与解析值比较

比较结果如图所示。

计算文件:

https://pan.baidu.com/s/10uvRWgd-kRRBFoKSt3ADzA 
提取码：d73q

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本篇文章来源于微信公众号: CFD之道