本案例演示如何利用FLUENT求解非牛頓流體流動問題。案例中流動介質粘度采用Carreau模型,該粘度模型表征了流體粘度與剪切率之間的關系。可表示為:

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

案例中Carreau模型各參數如表所示。

表2-1 模型參數

本案例的計算幾何可簡化為2D軸對稱幾何,如圖2-1所示。

圖2-1計算幾何

以2D方式啟動FLUENT。

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

網格讀入后自動顯示在圖形窗口。

主要檢查計算域尺寸,并根據尺寸縮放網格。

• 選擇模型樹節點General

• 點擊右側操作面板中的Scale…按鈕,彈出Scale Mesh對話框
  如圖2-2所示,從圖中看出計算域尺寸不滿足真實幾何要求,需要進行縮放。

• 選擇Mesh Was Created In下拉框內容為mm,點擊Scale按鈕進行縮放,縮放后點擊close按鈕關閉對話框。

圖2-2 縮放網格

• 點擊操作面板上Check按鈕,檢查TUI信息

圖2-3 網格check信息

• 鼠標點擊Setting Up Domain標簽頁下的Transform按鈕,選擇其中的Rotate按鈕,彈出Translate Mesh對話框,設置Traslation Offsets下的Y為1mm

圖2-4 平移網格

如圖2-4所示,點擊Translate按鈕平移網格,點擊Close按鈕關閉對話框。

• 再次點擊Check按鈕
  

此時TUI窗口顯示的網格信息如圖2-5所示。沒有出現任何警告或錯誤,問題解決。

圖2-5 網格信息

設置一些常用項。

• 選擇模型樹節點General

• 設置2D Space選項為Axisymmetric
  

本案例采用軸對稱模型,其他參數保持默認。

圖2-6 General設置

本案例的Models保持默認設置。

修改材料屬性。

• 選擇模型樹節點Materials,雙擊右側面板中Materials列表項air

• 在彈出的Create/Edit Materials對話框中,設置Name為polystyrene

• 選擇Viscosity下拉列表項Carreau Model,彈出Carreau Model設置對話框,按

如圖2-7所示進行設置

圖2-7 設置Carreau模型

點擊OK按鈕關閉設置框,軟件彈出如圖2-8所示提示對話框,點擊No按鈕。

圖2-8 確認對話框

設置計算域材料介質。

• 選擇模型樹節點Cell Zone Conditions

• 鼠標雙擊右側設置面板中Zone列表框下的fluid列表項,彈出Fluid設置框

• 設置Material Name為polystyrene,點擊OK按鈕關閉對話框

圖2-9設置計算域材料

設置邊界條件。

• 選擇模型樹節點Boundary Conditions

• 選擇右側設置面板中Zone列表框中的inlet列表項,設置其Type為Pressure-inlet,設置Gauge Total Pressure為2.1e5,點擊OK按鈕關閉對話框

圖2-10 設置入口條件

• 選擇Zone列表框中的outlet列表項,設置其Type為Pressure-outlet,彈出的對話框中保持參數值為默認,點擊OK按鈕關閉對話框
  

其他邊界保持默認設置。

設置一些求解算法。

• 選擇模型樹節點Solution Methods

• 設置右側面板中的Pressure-Velocity Coupling Scheme為Coupled

• 激活選項Wraped-Face Gradient Correction
  

其他參數保持默認設置。

進行初始化。

• 選擇模型樹節點Solution Initialization

• 選擇右側面板中初始化方法為Standard Initialization,選擇Compute form下拉項為inlet,點擊Initialize按鈕進行初始化
  

也可以使用Hybird方法進行初始化。

開始設置迭代計算。

• 選擇模型樹節點Run Calculation

• 設置面板中Number of Iterations為500

• 點擊Calculate按鈕進行迭代計算

迭代計算完畢后,保存Case 及Data文件。

查看速度分布。

• 選擇模型樹節點Graphics

• 雙擊右側面板中Graphics列表框中的Contours列表項,彈出的對話框中設置Contours of為Velocity,點擊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力粘度分布,如圖2-12所示。

圖2-12動力粘度分布