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CAD 嵌入式 CFD 的确认方法(四)

编辑:谢连富 发表时间:2016-11-7 15:11:56 浏览次数:

 本文上承CAD 嵌入式 CFD 的确认方法(),若需全文观看,请点击相关链接

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4.基础确认:在有单边突然扩展的2D通道内的流动

       在此例中,层流不可压缩稳态水流通过2D(平面)通道,检查单边突然扩展和平行壁。问题草图如图11所示。水温 –293.2 K,平均速度 –8.25 mm/s。

在有单边突然扩展的2D(平面)通道内的流动

图11:在有单边突然扩展的2D(平面)通道内的流动

       在此入口指定对应于Reh=125处实验测量的平均速度曲线(Denham和Patrick, 1974)。在出口处指定105 Pa静态压力。

在图12-14中,SOLID WORK S Flow Simulation采用自动生成网格(RRL =8)预测的流动速度场与测量值(Denham和Patrick, 1974)进行对比。

 SOLIDWORKS Flow Simulation预测的速度曲线(红线)与实验数据(带黑圈的黑线)对比。

图12:SOLIDWORKS Flow Simulation预测的速度曲线(红线)与实验数据(带黑圈的黑线)对比。

SOLIDWORKS Flow Simulation预测的回流区域长度与实验数据对比。

图13:SOLIDWORKS Flow Simulation预测的回流区域长度与实验数据对比。

SOLIDWORKS Flow Simulation预测的回流区域分离流线和涡流中心与实验数据对比。

图14:SOLIDWORKS Flow Simulation预测的回流区域分离流线和涡流中心与实验数据对比。

       在多个X = const的横截面的流体X-速度(u/U,其中U = 8.25 mm/s)曲线如图12所示。可看到预测的流动速度曲线在主流和回流区域非常接近于实验值。

       回流区域的特点,即沿通道壁的长度LR、分离流线和涡流中心如图13、14所示。可以看出它们与实验数据极为一致。


5.基础确认:在带有和不带供热的圆柱体上的流动

       首先,作为瞬态问题,在宽泛的管理参数范围内数值研究不带供热的圆柱体上的不可压缩流。众所周知,低雷诺数ReD < Reosc(Reosc约为45)在封闭的近尾迹中会形成两个涡流。图15显示:对于ReD = 41,自动生成网格(RRL = 7),SOLID WORK S Flow Simulation的预测和VanDyke (1982)的照片非常一致。

对于ReD = 41,用彩色标出的压力幅值预测流动轨迹(上部)和Van Dyke (1982)(下部)的照片。

图15:对于ReD = 41,用彩色标出的压力幅值预测流动轨迹(上部)和Van Dyke (1982)(下部)的照片。

雷诺数较高时,流体变得不稳,并且von Karman涡道出现在通过圆柱体的尾迹中。对于Re≥103,SOLID WORK SFlow Simulation预测的斯特劳哈尔(Strouhal)数与实验数据(White, 1994)的对比如图16所示。

SOLIDWORKS Flow Simulation预测的圆柱体流斯特劳哈尔数(三角形)与实验数据(虚线)的对比。

图16:SOLIDWORKS Flow Simulation预测的圆柱体流斯特劳哈尔数(三角形)与实验数据(虚线)的对比。

   计算的RRL =7时均圆柱体拖动系数与众所周知的CD(Re)实验数据(Panton, 1996)的对比如图17所示。可轻松看到数值结果非常接近各种Re的实验数据。

  圆柱体的拖动曲线

图17:圆柱体的拖动曲线

对此问题最简单的修改是考虑气流内加热圆柱体的对流热传导(总的生热率q)。

在考虑的整个Re范围内计算结果和测量结果(Holman, 1997)的NuD具有极好的相关性(参见图18)。

加热圆柱体上气流的努塞尔(Nusselt)数NuD。

图18:加热圆柱体上气流的努塞尔(Nusselt)数NuD。

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(连载未完)

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