buoyantSimpleFoam解析


朱泽辉


1. 引言
2. 控制方程与算法
3. 验证算例

buoyantSimpleFoam自带若干算例。在OpenFOAM-7中,自带的算例主要为以下几个:

除上述算例外,自带算例还包含若干其他算例在此不一一介绍。本文介绍的验证算例为撞击传热流动。算例将使用低雷诺数湍流模型,对$\mathrm{Re}=10400$情况下的对称二维绝热计算域下的流动进行模拟。本验证算例来源于CFD中文网。用户悬浮的猪提供的算例文件,东岳流体进行的算例适配。对标A comparative study of five low Reynolds number $k-\varepsilon$ models for impingement heat transfer, Applied Thermal Engineering 25 (2005) 31–44.


计算域与边界条件

4.1. 模型设置

计算域中空气从上方进入,经过撞击下方壁面后,从右侧出口流出。算例上下壁面为固定温度。具体边界条件设置为:

constant文件夹的物性主要设置如下:

4.2. 算例运行

算例运行直接运行求解器即可:

buoyantSimpleFoam

算例运行后,对壁面的努塞尔数进行后处理。努塞尔数的计算公式为:

\begin{equation} \mathrm{Nu}=\frac{\frac{\p T}{\p y} W}{T_\mathrm{imp}-T_\mathrm{ref}} \end{equation}

本算例中,$T_\mathrm{imp}=347.6$,$T_\mathrm{imp}=309.1$,$W=0.014231$。努塞尔数的计算通过controlDict中的functions执行。计算后的结果如下所示:


4.3. 点评

目前计算的努塞尔数与实验以及文献存在一定差异,原因尚不明确,判定可能的原因如下:

  1. 经测试,该算例对湍流模型非常敏感,目前本算例使用的为LaunderSharmaKE湍流模型,用户可测试其他不同的湍流模型看结果是否有改进;
  2. 本算例并没有考虑浮力对湍流变量产生的影响,用户可以参考buoyantKEpsilon湍流模型研究浮力对结果的影响,看结果是否有改进;
  3. 本算例采用的网格分辨率为$216\times 80$,虽然文献中进行了网格分辨率研究,证实了该分辨率可以提供精准的结果,但对于当前算例,有必要对网格进行进一步的研究看结果是否有改进;
  4. 连接中表示,修改湍流动能耗散率与湍流动能进口的结果会更好,用户可尝试进行改动看结果是否有改进;

后续改进将在CFD中文网进行更新。

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