本案例演示如何利用FLUENT求解非牛頓流體流動(dòng)問題。案例中流動(dòng)介質(zhì)粘度采用Carreau模型,該粘度模型表征了流體粘度與剪切率之間的關(guān)系?？杀硎緸?

式中,μ為無窮大剪切率粘度;μ0為零剪切率粘度;λ為單位時(shí)間參數(shù);n為無量綱參數(shù);γ為剪切率,圓柱坐標(biāo)系下剪切率可寫為:

案例中Carreau模型各參數(shù)如表所示。

表2-1 模型參數(shù)

本案例的計(jì)算幾何可簡(jiǎn)化為2D軸對(duì)稱幾何,如圖2-1所示。

圖2-1計(jì)算幾何

以2D方式啟動(dòng)FLUENT。

• 利用菜單【File】>【Read】>【Mesh…】讀入網(wǎng)格文件ex2-4.msh
  

網(wǎng)格讀入后自動(dòng)顯示在圖形窗口。

主要檢查計(jì)算域尺寸,并根據(jù)尺寸縮放網(wǎng)格。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)General

• 點(diǎn)擊右側(cè)操作面板中的Scale…按鈕,彈出Scale Mesh對(duì)話框
  如圖2-2所示,從圖中看出計(jì)算域尺寸不滿足真實(shí)幾何要求,需要進(jìn)行縮放。

• 選擇Mesh Was Created In下拉框內(nèi)容為mm,點(diǎn)擊Scale按鈕進(jìn)行縮放,縮放后點(diǎn)擊close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。

圖2-2 縮放網(wǎng)格

• 點(diǎn)擊操作面板上Check按鈕,檢查TUI信息

圖2-3 網(wǎng)格check信息

• 鼠標(biāo)點(diǎn)擊Setting Up Domain標(biāo)簽頁(yè)下的Transform按鈕,選擇其中的Rotate按鈕,彈出Translate Mesh對(duì)話框,設(shè)置Traslation Offsets下的Y為1mm

圖2-4 平移網(wǎng)格

如圖2-4所示,點(diǎn)擊Translate按鈕平移網(wǎng)格,點(diǎn)擊Close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。

• 再次點(diǎn)擊Check按鈕
  

此時(shí)TUI窗口顯示的網(wǎng)格信息如圖2-5所示。沒有出現(xiàn)任何警告或錯(cuò)誤,問題解決。

圖2-5 網(wǎng)格信息

設(shè)置一些常用項(xiàng)。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)General

• 設(shè)置2D Space選項(xiàng)為Axisymmetric
  

本案例采用軸對(duì)稱模型,其他參數(shù)保持默認(rèn)。

圖2-6 General設(shè)置

本案例的Models保持默認(rèn)設(shè)置。

修改材料屬性。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Materials,雙擊右側(cè)面板中Materials列表項(xiàng)air

• 在彈出的Create/Edit Materials對(duì)話框中,設(shè)置Name為polystyrene

• 選擇Viscosity下拉列表項(xiàng)Carreau Model,彈出Carreau Model設(shè)置對(duì)話框,按

如圖2-7所示進(jìn)行設(shè)置

圖2-7 設(shè)置Carreau模型

點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉設(shè)置框,軟件彈出如圖2-8所示提示對(duì)話框,點(diǎn)擊No按鈕。

圖2-8 確認(rèn)對(duì)話框

設(shè)置計(jì)算域材料介質(zhì)。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Cell Zone Conditions

• 鼠標(biāo)雙擊右側(cè)設(shè)置面板中Zone列表框下的fluid列表項(xiàng),彈出Fluid設(shè)置框

• 設(shè)置Material Name為polystyrene,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框

圖2-9設(shè)置計(jì)算域材料

設(shè)置邊界條件。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Boundary Conditions

• 選擇右側(cè)設(shè)置面板中Zone列表框中的inlet列表項(xiàng),設(shè)置其Type為Pressure-inlet,設(shè)置Gauge Total Pressure為2.1e5,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框

圖2-10 設(shè)置入口條件

• 選擇Zone列表框中的outlet列表項(xiàng),設(shè)置其Type為Pressure-outlet,彈出的對(duì)話框中保持參數(shù)值為默認(rèn),點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框
  

其他邊界保持默認(rèn)設(shè)置。

設(shè)置一些求解算法。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Solution Methods

• 設(shè)置右側(cè)面板中的Pressure-Velocity Coupling Scheme為Coupled

• 激活選項(xiàng)Wraped-Face Gradient Correction
  

其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置。

進(jìn)行初始化。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Solution Initialization

• 選擇右側(cè)面板中初始化方法為Standard Initialization,選擇Compute form下拉項(xiàng)為inlet,點(diǎn)擊Initialize按鈕進(jìn)行初始化
  

也可以使用Hybird方法進(jìn)行初始化。

開始設(shè)置迭代計(jì)算。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Run Calculation

• 設(shè)置面板中Number of Iterations為500

• 點(diǎn)擊Calculate按鈕進(jìn)行迭代計(jì)算

迭代計(jì)算完畢后,保存Case 及Data文件。

查看速度分布。

• 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Graphics

• 雙擊右側(cè)面板中Graphics列表框中的Contours列表項(xiàng),彈出的對(duì)話框中設(shè)置Contours of為Velocity,點(diǎn)擊Display按鈕顯示速度分布
  

速度分布如圖2-11所示。

圖2-11 速度分布

同樣的方法可以觀察動(dòng)力粘度分布,如圖2-12所示。

圖2-12動(dòng)力粘度分布