本算例来自《ANSYS FLUENT技术基础与工程应用:流动传热与环境污染控制领域》

一个入口,入口速度为0.0176839m/s,一个出口边界,其余为壁面边界

流体的物性参数:

密度:1000kg/m3

动力黏度:0.001kg/(m·s)

运动黏度:0.000001m2/s

本算例采用kOmegaSST湍流模型进行计算,请注意第一层网格的高度。

首先进行建模操作,任何建模软件均可,本算例采用ICEM直接建模,生成网格,缩放网格,然后利用OpenFOAM下转化网格,划分完成的网格如下:

接下来转入OpenFOAM的操作:

首先新建一个文件夹,名字任取,用来作为算例文件夹,本算例中我将该文件夹命名为:flowmeter_3D

然后进入OpenFOAM的安装目录,将安装目录下的motorBike算例(我的目录为/opt/openfoam5/tutorials/incompressible/simpleFoam/motorBike)下的0文件夹、constant文件夹和system文件夹拷贝到flowmeter_3D文件夹下,然后将0.org文件夹重命名为0,删除该文件夹下的include文件夹

删除constant文件夹下的triSurface文件夹

在system目录下删除下面截图中的文件

然后我们将刚才我们生成的.msh网格拷贝到flowmeter_3D文件夹下。在算例文件夹下打开终端,由于是三维模型,我们输入fluent3DMeshToFoam命令(本算例也可以使用fluentMeshToFoam来实现网格转换):

我们打开constant文件夹下的transportproperties文件,内容修改如下:

接下来,修改turbulenceProperties文件的内容如下:

转入0文件夹

p文件当中的内容如下:

注意一下,此处的压力是运动压力,压力除以了密度

U文件当中的内容如下:

说明一下:

surfaceNormalFixedValue

基本格式为

边界名称

{

type               surfaceNormalFixedValue;

refValue           uniform 数值;

}

说明:

该边界类型指定垂直于边界流入流出计算域物理量的值,数值为整数时表示流出计算域,为负数时表示流入计算域

k文件当中的内容如下:

说明一下:

turbulentIntensityKineticEnergyInlet

基本格式:

边界名称

{

type              turbulentIntensityKineticEnergyInlet;

intensity        数值;

value             uniform 数值/$internalField;

}

说明:

可通过湍流强度来k的值,value关键字下可填写任意数值或$internalField(仅是将字符串拷贝到本地,等于内部场的值),仅起到占位的作用,并不对计算造成影响。很显然在壁面处,k应该为0。

omega文件当中的内容如下:

说明一下:

omegaWallFunction

基本格式:

边界名称

{

type               omegaWallFunction;

value            uniform 数值

}

说明:

该边界条件仅对壁面设置壁面函数,应用在kOmega或kOmegaSST湍流模型中,从而对方程进行求解。value关键字下可填写任意数值或$internalField(仅是将字符串拷贝到本地,等于内部场的值),仅起到占位的作用,并不对计算造成影响。

turbulentMixingLengthFrequencyInlet

基本格式:

边界名称

{

type          turbulentMixingLengthFrequencyInlet;

mixingLength     数值;

value         uniform 数值;

}

说明:

可通过混合长度来计算omega(ω)的值,value关键字下可填写任意数值或$internalField(仅是将字符串拷贝到本地,等于内部场的值),仅起到占位的作用,并不对计算造成影响。mixingLength为湍流尺度,其计算公式为:I=0.007L(其中I为mixingLength的值,L为特征尺寸)。

nut文件当中的内容如下:

接着我们设置system文件夹下的controlDict文件:

fvSchemes文件修改如下:

fvSolution文件修改如下:

为了加快计算速度,我们采用分块并行的计算方法,我们在system目录下新建decomposeParDict来分块,decomposeParDict中的内容为:

输入decomposePar进行分块

由于我安装了PyFoam来实时输出残差,所以在终端中输入pyFoamPlotRunner.py --clear --proc=16 simpleFoam开始计算

等到计算结束

中心切面云图

管道中流体的实际体积流量qv的计算式如下:

式中:

β——孔板流量计的直径比,本算例为0.5

△p’——为取样界面之间的压差,本算例取孔板上游100mm处和孔板下游50mm处界面的压差

ρ——流体密度

我们在ParaView当中分别取两个面的平均压力,操作如下:

首先paraFoam启动ParaView

然后我们首先截取孔板上游100mm的截面

然后我们重复上面的步骤去下游50mm截面处的平均压力

截面之间运动压力之差=0.00407066-(-0.00156585)

=0.00563651m2/s2

带入上面的计算公式可得流出系数:

ISO公式计算流出系数为C=0.6526

两者之间的误差为

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