彎管流動
關注創建者：Oler 創建時間：2019-04-24
彎管流動的視頻教程
![[案例專題]基于ICEM和Fluent的三維彎管非結構網格算例實例](https://img.jishulink.com/cimage/ed63abec7a19a46b0ae989efe4347ccf.jpg?image_process=resize,fw_640,fh_404,)
[案例專題]基于ICEM和Fluent的三維彎管非結構網格算例實例
使用ICEM生成三維彎管流動非結構網格，使用Fluent進行計算并后處理。 后期會組建QQ群對學員在課程中的相關問題進行答疑，敬請期待
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[案例專題]基于ICEM和Fluent的三維彎管結構網格算例實例
使用ICEM生成三維彎管流動結構網格，Fluent計算及后處理參加教程《基于ICEM和Fluent的三維彎管非結構網格算例實操》。 后期會組建QQ群對學員在課程中的相關問題進行答疑，敬請期待
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一、課程安排 <01> 排氣歧管 <02> 后處理-排氣歧管 <03> 多孔介質-催化反應器 <04> 機翼可壓縮流 <05> 混合彎管流動與傳熱 <06> 容錯網格-排氣系統 <07> 噴嘴瞬態可壓縮流動 <08> 靜態混合器-參數化分析 <09> 二維換熱器優化參數化分析 <10> 離心泵凍結轉子法分析 <11> 渦輪工作流-渦輪機設置分析 <12> 穩態瞬態分析葉片排相互作用
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彎管流動的實例教程
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了180度彎管內湍流流動模擬，本次計算為穩態計算。
計算域：管道半徑為14mm，管道轉彎半徑為125mm
物質屬性：密度997kg/m3，粘度8.899E-4kg/m-s
邊界條件：入口平均流速為1.42m/s
網格劃分
采用六面體網格，網格數量為409696
計算設置
本次計算為穩態湍流計算。
物質屬性
計算物質設置為水，設置它的密度和粘性
湍流模型
選擇SST k-omega湍流模型
邊界條件
設置入口流速及湍流參數
入口速度由udf計算求得，udf文件下載地址： https://pan.baidu.com/s/1vpyzw2PXHxgLiUXd9jT_2Q 密碼: jrg1
設置壓力出口
計算結果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
距離出口1.555m處（拐彎段與直線段相連處）速度值對比圖表
參考文獻
T. Takamasa, A. Tomiyama. “Three-dimensional gas-liquid two-phase bubbly flow
in a C-shaped tube”. NURETH-9. San Francisco, USA. pp. 1-17. 1999.
展開 算例說明
本案例介紹了90°圓管彎管的湍流流動模擬。由于流場的對稱性，只進行了一半區域的計算。
計算域：管道半徑0.5m
物質屬性：密度1kg/m3，粘度2.3256E-5kg/m-s
邊界條件：入口設置充分發展的湍流剖面
網格劃分
采用六面體網格，網格數量為15705
計算設置
本次計算為穩態湍流計算。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的密度和粘性
湍流模型
選擇RNG k-e湍流模型
邊界條件
設置入口流速，這里流速值和湍流參數有profile文件讀入
profile文件下載地址：
https://pan.baidu.com/s/1Biw_NonFbNd-cpf9vhaPVg 密碼: jvry
出口設置為出流邊界條件
計算結果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
沿彎管75°位置處速度值對比圖表
參考文獻
M.M. Enayet, M.M. Gibson, A.M.K.P. Taylor, M. Yianneskis, “Laser-Doppler
Measurements of Laminar and Turbulent Flow in a Pipe Bend”. Znt. J. Heat &
Fluid Flow, Vol 3. pp. 213-219, 1982
展開 所選擇的湍流模型
在該案例中選擇4個RANS模型，所選擇的湍流模型和模型相應的特征說明如下：
realizable k-ε model + all y+ treatment（默認模型）
法向應力為正，這意味著這個模型滿足在雷諾應力上的特定數學約束，與物理湍流流動一致。
與標準k-ε應用于平面流動和圓孔噴射相比，該模型的邊界層在強的逆壓梯度或流動分離下的仿真性能有所改善。
elliptic blending k-ε model + all y+ treatment
使用額外的方程來求解壁面影響。
適合于捕捉曲率的影響。
k-ω SST model + all y+ treatment
在壁面處直接使用k-，而在遠場使用混合的k-。
能更好的模擬流動分離和再附著。
不適合于模擬復雜內部流動。
elliptic blending RSM model + all y+ treatment
能夠捕捉曲率的影響和雷諾應力的各相異性。
不同湍流模型的影響和計算代價如下圖所示：
湍流模型總結
4.
展開 但它對于復雜幾何外形的外部流動問題確實表現良好。例如，k-ε模型可用于求解鈍體周圍的流動。
下面列出的湍流模型都比k-ε 模型更加的非線性。除非提供良好的初始預測，否則它們通常難以收斂。而k-ε 模型則可為它們提供一個良好的初始預測。
k-ω
k-ω模型類似于k-ε模型，但它求解的是k與ω(omega)—湍動能比耗散率。它是一個低雷諾數模型，但也可以與壁面函數結合使用。它更為非線性，因此相比k-ε模型更難收斂，并且對解的初始預測非常敏感。k-ω模型在許多k-ε模型不準確的情況下很有用，例如內部流動、強曲率流場、流動分離和射流。內部流動的一個很好的例子是彎管流動。
SST
SST模型結合了自由流動中的k-ε模型和壁面附近的k-ω模型。它是一個低雷諾數模型，也是一種工業應用的“首選”模型。它具有與k-ω模型和低雷諾數k-ε模型相似的網格分辨率要求，但該模型消除了單純k-ω和k-ε模型的一些不足之處。通過SST模型求解NACA 0012翼型上的流動表明，計算結果與實驗數據有著較好的吻合。
v2-f
在靠近壁面附近，通常速度的波動在平行于壁面方向上要遠大于垂直壁面方向上。這樣的速度波動被認為是各向異性的。離壁面越遠，波動在各個方向上的幅度越趨向于相同。速度波動變得更為各向同性。
v2-f湍流模型除了湍流動能(k)和耗散率(ε)的兩個輸運方程外，還使用了兩個新方程來描述湍流邊界層中湍流強度的各向異性。第一個方程描述了垂直于流線方向的湍流速度波動的輸運。第二個方程則考慮非局部效應，例如由壁面引起的湍動能在法向和平行方向之間重新分布的阻尼。
展開 當流體在彎管中流動時，流體壓力會使彎管產生變形，而管的變形又反過來影響到流體的流動??這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂"流固耦合"的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向。
5、程序面向用戶的開放性
隨著商業化的提高，各軟件開發商為了擴大自己的市場份額，滿足用戶的需求，在軟件的功能、易用性等方面花費了大量的投資，但由于用戶的要求千差萬別，不管他們怎樣努力也不可能滿足所有用戶的要求，因此必須給用戶一個開放的環境，允許用戶根據自己的實際情況對軟件進行擴充，包括用戶自定義單元特性、用戶自定義材料本構（結構本構、熱本構、流體本構）、用戶自定義流場邊界條件、用戶自定義結構斷裂判據和裂紋擴展規律等等。
關注有限元的理論發展，采用最先進的算法技術，擴充軟件的能，提高軟件性能以滿足用戶不斷增長的需求，是CAE軟件開發商的主攻目標，也是其產品持續占有市場，求得生存和發展的根本之道。
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彎管流動的最新內容
1. 背景和主要目標
該案例使用
STAR-CCM +
教程指南中的
S-Bend
幾何形狀，給出了針對該幾何形狀的不同
RANS
湍流模型的分析。該案例對應的雷諾數為
50,000
，討論了關鍵湍流量的后處理。最后提供了一些與使用湍流模型有關的分析建議和指南。使用
Simcenter STAR-CCM + 2019.3
版本
2. 模型說明
（
內部流動的一個很好的例子是彎管流動。
SST
SST模型結合了自由流動中的k-ε模型和壁面附近的k-ω模型。它是一個低雷諾數模型，也是一種工業應用的“首選”模型。它具有與k-ω模型和低雷諾數k-ε模型相似的網格分辨率要求，但該模型消除了單純k-ω和k-ε模型的一些不足之處。
算例說明
本案例介紹了90°圓管彎管的湍流流動模擬。由于流場的對稱性，只進行了一半區域的計算。
計算域：管道半徑0.5m
物質屬性：密度1kg/m3，粘度2.3256E-5kg/m-s
邊界條件：入口設置充分發展的湍流剖面
網格劃分
采用六面體網格，網格數量為15705
計算設置
本次計算為穩態湍流計算。
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了180度彎管內湍流流動模擬，本次計算為穩態計算。
當流體在彎管中流動時，流體壓力會使彎管產生變形，而管的變形又反過來影響到流體的流動??這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂"流固耦合"的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向。
當流體在彎管中流動時，流體壓力會使彎管產生變形，而管的變形又反過來影響到流體的流動……這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂"流固耦合"的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向。
當流體在彎管中流動時，流體壓力會使彎管產生變形，而管的變形又反過來影響到流體的流動……這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂"流固耦合"的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向。
當流體在彎管中流動時，流體壓力會使彎管產生變形，而管的變形又反過來影響到流體的流動……這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂流固耦合的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向。
當流體在彎管中流動時，流體壓力會使彎管產生變形，而管的變形又反過來影響到流體的流動……這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂"流固耦合"的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向。
當流體在彎管中流動時，流體壓力會使彎管產生變形，而管的變形又反過來影響到流體的流動……這就需要對結構場和流場的有限元分析結果交叉迭代求解，即所謂\"流固耦合\"的問題。由于有限元的應用越來越深入，人們關注的問題越來越復雜，耦合場的求解必定成為CAE軟件的發展方向。
