OpenFOAM——過渡管中的湍流


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

一個出口(INLET),入口速度為1 m/s,一個出口(OUTLET),其余為壁面。 

流體的物性參數為:

密度:1 kg/m3

粘度系數:5.13×10-6kg/(m·s) 

本算例采用LRR雷諾應力模型進行計算

首先進行建模操作,任何建模軟件均可,本算例采用ICEM直接建模,生成網格,縮放網格,然后利用OpenFOAM下轉化網格,划分完成的網格如下:

接下來轉入OpenFOAM的操作:

首先新建一個文件夾,名字任取,用來作為算例文件夾,本算例中我將該文件夾命名為:transition_duct

然后進入OpenFOAM的安裝目錄,將安裝目錄下的motorBike算例(我的目錄為/opt/openfoam5/tutorials

/incompressible/simpleFoam/ pipeCyclic)下的0文件夾、constant文件夾和system文件夾拷貝到transition_duct文件夾下,然后將0.org文件夾重命名為0,刪除該文件夾下的不需要的文件和文件夾

system目錄下刪除下面截圖中的文件

然后我們將剛才我們生成的.msh網格拷貝到transition_duct文件夾下。在算例文件夾下打開終端,由於是三維模型,我們輸入fluent3DMeshToFoam命令(本算例也可以使用fluentMeshToFoam來實現網格轉換):

我們打開constant文件夾下的transportproperties文件,內容修改如下:

接下來,修改turbulenceProperties文件的內容如下:

轉入0文件夾

p文件當中的內容如下:

U文件當中的內容如下:

epsilon文件當中的內容如下:

新建一個名稱為R的文件

R文件當中的內容如下:

說明一下:

假設為各項均勻湍流,所以對於雷諾應力,對角線上的值取OpenFOAM——過渡管中的湍流(k為湍流強度),非對角線上的元素設置為0。由於雷諾應力是二階對稱張量,本來應該存在9個元素,但是由於其對稱性,其實只有6個獨立元素,OpenFOAM就存儲這6個獨立元素來節省內存。

R文件中

實際上應該表示為:

接着我們設置system文件夾下的controlDict文件:

fvSchemes文件修改如下:

fvSolution文件修改如下:

由於我安裝了PyFoam來實時輸出殘差,所以在終端中輸入pyFoamPlotRunner.py --clear simpleFoam開始計算:

等到計算結束

速度雲圖

我們計算壓力系數來與實驗數據進行對比

對於壓力系數的定義:

根據參考文獻《Experimental Investigation of Turbulent Flow Through a Circular-to-Rectangular Transition Duct》,文獻中取x=-1處的壓力,速度為參考

本算例中x=-1處的平均壓力為:0.0722375Pa,平均速度為1m/s

然后我們在ParaView當中自定義壓力系數

由於我們是Station 5(根據文獻為x=4位置)壁面的壓力系數

我們選擇出現的這個xy圖,然后 

即可以csv格式將數據導出

 

軸線方向的壓力系數的數據可用Plot Over Line導出

計算結果是實驗結果對比:


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