ANSYS Fluent LES求解管道流动案例

本文演示利用ANSYS Fluent中的LES求解管道中的流动问题。与RANS相比,LES模拟需要更精细的网格及更小的时间步长,其计算成本远远高于RANS。

1 问题描述

本案例计算的几何模型较为简单,为一个长2.5 m,直径0.2 m的管道。



2 网格设计

在ICEM CFD中生成计算网格。

  • 创建3D bounding block,并关联edge



  • 进行O型切分



  • 沿轴向指定网格节点数量320


  • 指定edge上节点数量为55


  • 指定edge上节点数量为55


  • 壁面法向方向网格尺寸指定,如下图所示



  • 定义几何周期条件


  • 定义Block的周期性


  • 转换网格并输出,网格数量500多万


3 Fluent设置

LES需要在瞬态下计算,为节省计算时间,可以先计算稳态RANS。


稳态RANS计算参数:

  • Steady计算
  • SST k-omega湍流模型
  • 介质:air
  • 利用命令/mesh/modify-zones/make-periodic创建周期边界


  • 如下图所示指定周期压力梯度为100 pa/m


  • 其他采用常规设置


RANS计算完毕后中切面速度分布如图所示。


  • 计算完毕后在TUI窗框输入命令solve/initialize/init-turb-vel-fluctuations给速度添加脉动


  • 如下图所示激活Large Eddy Simulation


  • 估算时间步长

确保CFL数小于1。CFL数通过下式进行计算



控制CFL数约为0.5,由前面计算得到主流区速度U=22.4 m/s,网格尺寸Δx=1e-4m,可估算出时间步长为4.48e-5 s。



  • 设置时间步长及时间步数开始计算


需要注意:


  • 确保在每一步中,你的残差下降2个数量级。
  • 可以在2-3个流动时间(FTT)内达到统计上的稳定状态,1个FTT被定义为一个颗粒穿越整个区域所花费的时间(本案例约为2.5/22.4=0.1117 s)。在达到统计稳定状态之前,不要收集任何不稳定的统计数据。
  • 达到统计收敛后,可以切换采样时间间隔和非稳态数据采集。同时可以监测CFL数值,绘制湍流演化的q准则。





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