稳态流:后台阶

稳态流经后向阶梯是研究重新附着流行为的典型场景。了解流的行为对于许多应用场景至关重要,例如设计换热器、评估空气动力学性能以及改进流控制策略等。

本教程演示如何将后向阶梯几何和流入物理量参数化。此参数化有助于通过仅更改一个参数来修改阶梯高度。

本教程模拟经过后向阶梯的湍流气流,该阶梯正受到沿阶梯后面底壁的加热。分析经过阶梯的速度幅值、x 方向的壁面剪切应力和努赛尔数。然后修改阶梯高度以研究对流和传热的影响。

后向阶梯的几何如下所示。

入口边界处的速度使用以下抛物线式速度分布方程来定义:
v ( y ) = V max ( y H ) ( 5 H y ) 4 H 2
(5243)
其中 为入口速度, 为最大速度分布, 为阶梯高度。 v ( y ) V max H

本教程的几何体在 Simcenter STAR-CCM+ 的 3D-CAD 中创建并与台阶高度有关。将后向阶梯的阶梯高度参数化(由上图中的 H 表示)。入口边界处的几何、湍流指定内容和抛物线式速度分布均相对于该参数而定义。因此,可以修改台阶高度而无需对模拟设置进行其他更改。使用具有高 y+ 壁面处理的 K-Epsilon 湍流模型,因为该模型允许使用不含棱柱层的相对粗糙的网格。设置了自定义场函数,以按照 Eqn. (5243) 对入口边界处的抛物线式速度分布进行建模。