OpenFOAM——孔板流量计

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q_v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