OpenFOAM——高空腔内的湍流自然对流
本算例来自《ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual》中的VMFL052: Turbulent Natural Convection Inside a Tall Cavity
顶部和底部壁面为绝热边界,左侧壁面(COLD_WALL)为288.25K,右侧壁面为(HOT_WALL)为 307.85K
流体的物性参数为:
密度:1.17kg/m3
粘度系数:1.81×10-5N·s/m2
运动粘度:1.54×10-5 m2/s
定压比热容:1005J/(kg·K)
导热系数:0.0261W/(m·K)
普朗特数:0.705
针对自然对流的方法一般有三种:
①布辛尼斯克(Boussinesq)近似
②不可压理想气体
③密度线性差分方法
本算例采用布辛尼斯克(Boussinesq)近似,布辛尼斯克假设中密度作为常数考虑,浮力作为源项添加,但仅适用于小温差,密度变化小于20%的情况,一般壁面与流体的温差超过200K,布辛尼斯克近似就不适用了。
首先进行建模操作,任何建模软件均可,本算例采用ICEM直接建模,生成网格,然后利用OpenFOAM下转化网格,划分完成的网格局部如下:
网格比较密集,高度方向设置了2000个节点,宽度方向上设置了100个节点,在导出网格的同时,我们对网格进行了缩放。建议在导出网格的时候就缩放网格,避免在后面的操作中,由于忘记缩放网格,导致计算出错
接下来转入OpenFOAM的操作:
首先新建一个文件夹,名字任取,用来作为算例文件夹,本算例中我将该文件夹命名为:Tall_Cavity
然后进入OpenFOAM的安装目录,将安装目录下的hotRoom算例(我的目录为/opt/openfoam5/tutorials/heatTransfer/buoyantBoussinesqSimpleFoam/hotRoom)下的0文件夹、constant文件夹和system文件夹拷贝到Tall_Cavity文件夹下,然后删除system目录下的blockMeshDict文件,因为我们利用OpenFOAM的命令转化.msh文件为OpenFOAM能接受的网格文件。
然后我们将刚才我们生成的.msh网格拷贝到Tall_Cavity文件夹下。在算例文件夹下打开终端,输入fluentMeshToFoam命令:
我们打开constant文件夹下的transportproperties文件,内容修改如下:
说明一下:
nu表示层流粘度,这里根据上面的物性填写1.81e-05即可,注意下量纲,这里是运动粘度,需要用动力粘度除以密度
beta表示热膨胀系数,一般取为三百分之一(0.003)
Tref表示参考温度,这里我们取为两壁面温度的算术平均值,这里填写298.05
Pr表示普朗特数,这里我们根据上面的物性参数填写0.705
最后的湍流普朗特数根据实验得到,一般不用改动
接下来,修改turbulenceProperties文件的内容如下:
本算例我们采用k-ωSST湍流模型来进行计算(后面需要在0文件夹下添加omega文件)
g文件无需修改,默认设置超Y轴方向重力,重力加速度为9.81m/s2
然后对初始边界条件进行设置,下面转入0文件夹下进行操作:
删除不需要的文件
alpha文件当中的内容如下:
p文件当中的内容如下:
p_rgh文件当中内容如下:
U文件当中的内容如下:
将T.org的文件名修改为T,当中的内容如下:
k文件当中的内容如下:
说明一下:
在壁面处,k应该为0。这里我们使用了壁面函数。
k表示湍动能,计算公式为:
其中:uavg为平均速度
I为湍流强度
湍流强度的计算公式为:
式中:Re表示雷诺数
为何一般初始湍流强度设置为5%,可参考Launder B E, Spalding D B. The numerical computation of turbulent flow Computer methods in applied mechanics and engineering[J]. Надійшла до редакції 04.12. 2009 р, 1974.
MLA(文章链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0045782574900292)
omega文件当中的内容如下:
说明一下:
omega表示比耗散率,计算公式如下:
式中:Cμ为0.09
k为湍动能
l为特征长度
nut文件内容如下:
说明一下:
nut表示湍流粘度,其计算公式为:
接着我们设置controlDict文件
fvSchemes文件修改如下:
fvSolution文件修改如下:
为了加快计算速度,我们进行并行计算,回到算例文件夹下的system目录,新建一个decomposeParDict字典,其中的内容:
打开终端,输入decomposePar进行分块
由于我安装了PyFoam来实时输出残差,所以在终端中输入pyFoamPlotRunner.py --clear mpirun -np 4 buoyantBoussinesqSimpleFoam -parallel开始计算:
等到计算结束
将计算结果导入paraview里面进行处理
计算结果与实验数据对比:
转载于:https://www.cnblogs.com/liusuanyatong/p/11259648.html
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