本案例利用OpenFOAM計算管道中湍流流動壓降並對計算結果進行驗證。

參考文獻：F。M。 White。 Fluid Mechanics。 3rd Edition。 McGraw-Hill Co。， New York， NY。 1994。

”

1 案例描述

本案例計算空氣流經光滑的水平管道，管道長度2m，半徑0。002 m，空氣密度1。225 kg/m3，粘度1。7894e-5 kg/m-s，管道入口速度50 m/s，出口壓力 0 Pa。計算管道的壓降。

採用軸對稱模型。入口採用速度邊界，50m/s；出口為壓力出口，靜壓 0Pa；採用穩態求解。

湍流模型採用SST k-omega模型， 為保證Y+=1，採用Y+計算器可得第一層網格高度約為5e-6m，徑向採用32層網格節點，軸向網格尺寸0。0005m。

2 案例驗證

流經管道的雷諾數：

為湍流流動，採用布拉休斯公式計算摩擦係數（F。 M。 White。 Fluid Mechanics（7nd ed）。 P366頁）

則壓力降：

3 OpenFOAM設定

本算例涉及到穩態湍流計算，可以使用求解器進行計算。

3。1 檔案及網格準備

利用官方算例作為模板。

將網格檔案複製到VM03資料夾中。

網格檔案在ICEM CFD中進行處理。需要注意軸對稱模型需要確保對稱面為XY面，否則在網格轉換時會報錯。

利用命令轉換計算網格

轉換完畢後需要修改檔案，將邊界型別修改為，檔案內容如下所示

利用命令檢查網格

網格檢查結果如下圖所示。

網格質量不怎麼好，長寬比有點兒高。注意對於軸對稱模型，一定是在修改了wedge邊界後再進行網格質量檢查。

3。2 修改物性引數

本案例需要修改及檔案。

1、momentumProperties檔案

此檔案中需要指定流體介質的運動粘度

。

修改檔案內容為：

2、momentumTransport檔案

本算例採用模型進行計算。檔案內容為：

3。3 設定邊界條件

刪除0資料夾中的多餘檔案：

此時資料夾中的檔案如下圖所示。

湍流引數採用公式進行估算。

1、U檔案

修改U檔案，內容如下所示。

2、p檔案

檔案內容如下所示。

3、k檔案內容

k檔案內容如下所示。

4、nut檔案

檔案內容如下所示。

5、omega檔案

檔案內容如下。

3。4 設定計算控制檔案

利用命令新增殘差字典檔案

1、controlDict檔案

檔案內容如下所示。

3。5 執行計算

本算例利用進行計算。

也可以利用命令顯示計算殘差：

殘差顯示如下圖所示。

採用的計算網格質量太差了。可以透過改善計算網格來提高收斂性。

若有更好的計算機，可以嘗試採用平行計算。

修改檔案

利用命令進行計算：

計算完畢後可以利用命令組合結果：

或採用命令直接檢視結果：

4 計算結果

在paraView中統計入口壓力。

建立一個無限接近於入口的Slice，如下圖所示

在Slice1上新增，採用預設引數

在IntegrateVariables1上新增

如下圖所示設定引數

軟體顯示得到的平均壓力為16985

注意到這裡得到的是壓力為運動壓力，其單位為

，其與密度的乘積為實際壓力。由於出口壓力被設定為0，因此管道內的壓力降為：

利用經驗公式計算得到的壓力為22366 Pa，誤差約為-6。97%。

誤差相對有點大，改善計算網格以及利用充分發展入口條件都有利於提高計算精度。