頂蓋驅(qū)動(dòng)流模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-26
頂蓋驅(qū)動(dòng)流模擬的實(shí)例教程
對(duì)一個(gè)絕熱二維方腔的不可壓縮流算例進(jìn)行前處理、運(yùn)行、以及后處理。幾何如圖所示，方腔所有的邊界都是壁面，頂部壁面以 1m/s 的速度在 x 方向移動(dòng)，其它壁面均為固定壁面。
開(kāi)始，我們假定流體為層流，并使用 icoFoam 在一個(gè)均勻網(wǎng)格上求解絕熱不可壓層流。接下來(lái)將研究網(wǎng)格非均勻化以及壁面網(wǎng)格非均勻化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。最后，增加雷諾數(shù)，使用另一個(gè)求解器 pisoFoam 來(lái)求解絕熱不可壓湍流。
第一步：生成網(wǎng)格
OpenFOAM 采用網(wǎng)格都是三維的 。默認(rèn)情況下， OpenFOAM 在三個(gè)維度上進(jìn)行求解，但是如果指定某些面的邊界（例如垂直于第三個(gè)方向的平面）條件為 empty，那么它就可以用來(lái)求解二維算例。
幾何由一個(gè) xy 平面上邊長(zhǎng)為 0.1 米的正方形組成，這里幾何體我們稱(chēng)為cavity。最開(kāi)始將使用均一的 20*20 網(wǎng)格。block 結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖2-2. 我們采用 OpenFOAM 提供的 blockMesh 來(lái)生成網(wǎng)格，它通過(guò)讀取指定的字典文件來(lái)生成網(wǎng)格，這個(gè)字典文件位于算例文件夾下的 system/ployMesh 9 文件夾下。
blockMeshDict 文件信息如下所示：
文件的第一行到第七行是文件頭信息，然后具體的字典信息通過(guò)的 FoamFile 后的 (...) 來(lái)指定 10 。這個(gè)文件首先指定各個(gè) block 頂點(diǎn)（vertices）的坐標(biāo)；然后通過(guò)頂點(diǎn)編號(hào)來(lái)定義 block，最后定義邊界面。用戶可以查閱5.3節(jié)來(lái)詳細(xì)了解 blockMeshDict 的具體意義。網(wǎng)格通過(guò)在這個(gè)算例目錄下運(yùn)行 blockMesh 命令來(lái)生成。在算例目錄下，通過(guò)在終端簡(jiǎn)單地鍵入：
blockMesh
來(lái) 完 成，blockMesh 命 令 會(huì) 把 運(yùn) 行 的 情 況 輸 出 到 終 端。
展開(kāi) 本算例是為了驗(yàn)證STAR CCM對(duì)于方腔流動(dòng)的模擬性能。模型是一個(gè)二維邊長(zhǎng)1m的正方形。各邊界條件如圖所示:
1，新建項(xiàng)目，導(dǎo)入網(wǎng)格，保存為cavityQuad.ccm。
2，查看導(dǎo)入網(wǎng)格，可以直接點(diǎn)擊工具欄中“show all mesh”(如下圖所示)，也可以在場(chǎng)景里顯示出來(lái)，沒(méi)具體操作步驟：右擊 Scenes，選擇New Scene > Mesh
3，選擇計(jì)算模型，選擇 Continua > Physics 1 > model，按照如下圖所示，選擇模型和材料
4，設(shè)置材料屬性。在如上圖所示的對(duì)話框內(nèi)，選擇Continua > Physics 1 > Models > Liquid > H2O > Material Properties，Density 修改為1.0 kg/m^3，Dynamic Viscosity修改為2.0E-4 Pa-s。
5，邊界條件設(shè)置。將左側(cè)，右側(cè)和底部的邊界合并（按住Ctrl，選擇三個(gè)邊界，右擊選擇Combine），將合并后的邊界命名為Stationary Wall，上壁面改名為“Moving Wall”
6，求解的可視化。STAR CCM提供了在求解問(wèn)題過(guò)程中的變量的可視化，這些畫(huà)面可以隨著時(shí)間步或者迭代步不斷更新。本算例是為了觀測(cè)求解過(guò)程中速度的矢量變化圖，右擊Scenes選擇New Scene > Vector。
7，新建繪圖的線。為了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，需要設(shè)置與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的線。右擊Derived Parts， 選擇 New Part > Probe > Line，設(shè)置point1和point2的數(shù)值，并將零部件重命名為Simulation (U)。
展開(kāi) 該案例展現(xiàn)了通用二維水動(dòng)力軟件在模擬存在鹽度分布差異的水動(dòng)力仿真能力，驗(yàn)證了二維水動(dòng)力在評(píng)估海平面上升對(duì)入?？趨^(qū)域的影響的可能性。
文章來(lái)源：遠(yuǎn)算云仿真
其結(jié)果作為輸運(yùn)模擬的初始狀態(tài)。曼寧系數(shù)為0.022，粘度為0.01 m2/s。輸運(yùn)模擬的初始鹽度的由下式計(jì)算：
其中Li為含鹽水侵入到河流的長(zhǎng)度，Reo為入?？谔幍睦字Z數(shù)，F(xiàn)rdo為考慮密度的弗勞德數(shù)。計(jì)算得到的侵入長(zhǎng)度為15329 m。入海口處的鹽度為38.5 kg/m3，假設(shè)鹽度沿河道的變化是均勻的，那么初始鹽度分布如下圖所示。
圖10 尼羅河入?？谒憷某跏见}度分布圖
圖11為仿真時(shí)間一天后的各工況鹽度分布圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，含鹽水的侵入長(zhǎng)度在一天時(shí)間內(nèi)很快變小了。但對(duì)比工況A和B，工況A下仍然保持著一個(gè)更大的入侵深度。這說(shuō)明密度差異帶來(lái)的流動(dòng)更能抵抗上游來(lái)水的影響。對(duì)于工況C，其結(jié)果與工況A的比較相似。這些分析與前兩個(gè)理論情形算例得到的結(jié)論是一致的。
圖 11 仿真時(shí)間一天后的各工況鹽度分布圖
工況A：只考慮密度驅(qū)動(dòng)；
工況B：只考慮擴(kuò)散；
工況C：同時(shí)考慮擴(kuò)散和密度驅(qū)動(dòng)
03 案例總結(jié)
該案例使用二維水動(dòng)力數(shù)值仿真研究了二維模型下密度分布不均帶來(lái)的影響，對(duì)比了擴(kuò)散和密度驅(qū)動(dòng)兩種作用的效果，發(fā)現(xiàn)密度驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的效應(yīng)比擴(kuò)散作用更加明顯。
對(duì)密度驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，河道地形也會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響。在該案例中，梯形河道的鹽度分布變化速度要比矩形河道更快。而對(duì)于擴(kuò)散而言，兩種河道的差異很小。此外，深水區(qū)的鹽度要比淺水區(qū)要高。在尼羅河入海口算例中，密度差異帶來(lái)的流動(dòng)有效地抵抗了上游來(lái)水的影響，使得含鹽水的侵入長(zhǎng)度沒(méi)有出現(xiàn)大幅的減小。
04 小結(jié)
在氣候變化的大背景下，海平面上升已成事實(shí)，入?？谔幍柠}平衡將被打破，或?qū)@些區(qū)域的生態(tài)等方面造成較大的影響。該案例展現(xiàn)了通用二維水動(dòng)力軟件在模擬存在鹽度分布差異的水動(dòng)力仿真能力，驗(yàn)證了二維水動(dòng)力在評(píng)估海平面上升對(duì)入?？趨^(qū)域的影響的可能性。
展開(kāi) 1.2 Linux 的安裝及使用
1.3 文件目錄及用戶權(quán)限
1.4 bash 的基本命令
2 OpenFOAM 安裝及初次運(yùn)行
2.1 OpenFOAM 簡(jiǎn)介
2.2 安裝方法
2.3 文件結(jié)構(gòu)及環(huán)境變量
2.4 求解器與算法簡(jiǎn)介
2.5 頂蓋驅(qū)動(dòng)流模擬
頂蓋驅(qū)動(dòng)流模擬的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
頂蓋驅(qū)動(dòng)流模擬的最新內(nèi)容
01 研究背景
氣候變化帶來(lái)的海平面上升可能給河流的入海口帶來(lái)巨大的改變。原本鹽度較低的河水和鹽度較高的海水之間維持的鹽平衡可能被打破。鹽度不同帶來(lái)的密度差異將驅(qū)動(dòng)海水進(jìn)一步入侵到陸地的河流體系中。針對(duì)入?？谔幍姆抡嬗?jì)算必須考慮這一現(xiàn)象帶來(lái)的影響。
在二維模型中，密度在垂向上的分布是假設(shè)均勻的，不能體現(xiàn)入海口處的密度分層現(xiàn)象，只能考慮密度在水平方向上分布不均引起的效應(yīng)。為了理解和評(píng)估二維模型模擬密度驅(qū)動(dòng)流的效果
01 研究背景
氣候變化帶來(lái)的海平面上升可能給河流的入?？趲?lái)巨大的改變。原本鹽度較低的河水和鹽度較高的海水之間維持的鹽平衡可能被打破。鹽度不同帶來(lái)的密度差異將驅(qū)動(dòng)海水進(jìn)一步入侵到陸地的河流體系中。針對(duì)入?？谔幍姆抡嬗?jì)算必須考慮這一現(xiàn)象帶來(lái)的影響
對(duì)一個(gè)絕熱二維方腔的不可壓縮流算例進(jìn)行前處理、運(yùn)行、以及后處理。幾何如圖所示，方腔所有的邊界都是壁面，頂部壁面以 1m/s 的速度在 x 方向移動(dòng)，其它壁面均為固定壁面。
開(kāi)始，我們假定流體為層流，并使用 icoFoam 在一個(gè)均勻網(wǎng)格上求解絕熱不可壓層流。接下來(lái)將研究網(wǎng)格非均勻化以及壁面網(wǎng)格非均勻化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。最后，增加雷諾數(shù)，使用另一個(gè)求解器 pisoFoam 來(lái)求解絕熱不可壓湍流
2.3 文件結(jié)構(gòu)及環(huán)境變量
2.4 求解器與算法簡(jiǎn)介
2.5 頂蓋驅(qū)動(dòng)流模擬
本算例是為了驗(yàn)證STAR CCM對(duì)于方腔流動(dòng)的模擬性能。模型是一個(gè)二維邊長(zhǎng)1m的正方形。各邊界條件如圖所示:
1，新建項(xiàng)目，導(dǎo)入網(wǎng)格，保存為cavityQuad.ccm。
2，查看導(dǎo)入網(wǎng)格，可以直接點(diǎn)擊工具欄中“show all mesh”(如下圖所示)，也可以在場(chǎng)景里顯示出來(lái)，沒(méi)具體操作步驟：右擊 Scenes，選擇New Scene > Mesh
3，選擇計(jì)算模型
