OpenFOAM——过渡管中的湍流

本算例来自《ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual》中的VMFL016:Turbulent Flow in a Transition Duct

一个出口(INLET)，入口速度为1 m/s，一个出口（OUTLET），其余为壁面。

流体的物性参数为：

密度：1 kg/m³

粘度系数：5.13×10^-6kg/(m·s)

本算例采用LRR雷诺应力模型进行计算

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：transition_duct

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/ pipeCyclic）下的0文件夹、constant文件夹和system文件夹拷贝到transition_duct文件夹下，然后将0.org文件夹重命名为0，删除该文件夹下的不需要的文件和文件夹

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transition_duct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：

U文件当中的内容如下：

epsilon文件当中的内容如下：

新建一个名称为R的文件

R文件当中的内容如下：

说明一下：

假设为各项均匀湍流，所以对于雷诺应力，对角线上的值取(k为湍流强度)，非对角线上的元素设置为0。由于雷诺应力是二阶对称张量，本来应该存在9个元素，但是由于其对称性，其实只有6个独立元素，OpenFOAM就存储这6个独立元素来节省内存。

R文件中

实际上应该表示为：

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：

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 simpleFoam开始计算：

等到计算结束

速度云图

我们计算压力系数来与实验数据进行对比

对于压力系数的定义：

根据参考文献《Experimental Investigation of Turbulent Flow Through a Circular-to-Rectangular Transition Duct》，文献中取x=-1处的压力，速度为参考

本算例中x=-1处的平均压力为：0.0722375Pa，平均速度为1m/s

然后我们在ParaView当中自定义压力系数

由于我们是Station 5(根据文献为x=4位置)壁面的压力系数

我们选择出现的这个xy图，然后

即可以csv格式将数据导出

轴线方向的压力系数的数据可用Plot Over Line导出

计算结果是实验结果对比：