圆柱形管道内水银的层流流动
一
案例介绍
该案例模拟了圆柱形管道内水银的层流流动，在圆柱形管壁上有均匀热通量，在入口处设置了完全发展分布的层流速度，最后将压降与出口温度的模拟求解结果进行对比。由于对称性，此处只建立模型的一般。
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几何尺寸 |
材料参数 |
边界条件 |
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圆管长度为0.1 m 圆管半径为0.0025 m |
流体属性：水银 密度：13529 kg/m3 黏度：0.001523 kg/m-s 比热：139.3 J/kg-k 导热系数：8.54 W/m-k |
入口处充分发展的速度分布 入口温度为300 k 壁面热通量为5000 W/m2 |
二
进行模型网格划分
▼ 此处我们采用了四边形网格，网格数量为20000。
三
Fluent设置
▼ 打开Setup，弹出Fluent登录界面进行设置，这里我们选用2D打开。
3.1General设置
▼ 这里我们采用稳态方式来进行求解，默认选用Steady，根据模型的对称性，我们在2D Space中选择Axisymmetric。
3.2Models设置
▼ 因为本案例是层流流动，计算模型则按默认Laminar选定。
3.3Materials设置
▼ 我们在Fluent材料库里选择mercury（水银），其他参数按默认设置。
3.4边界条件设定
▼首先我们将已经写好的Profile读入到Fluent中，Profile文件下载链接如下：
▼ 选择inlet点击Edit…。
▼ 在速度的右侧方框里选中x=0.08 velocity-magnitude。
▼ 打开wall-surface_body:007，在Thermal中将壁面的热通量设置为5000。
3.5Run Calculation设置
▼ 这里我们设置1500步进行迭代计算。
四
CFD-POST设置
▼ 得到如下速度云图和温度云图。
▼ 在模拟求解值与实验值下对比压降及出口温度。
参考文献
F.M.White. Fluid Mechanics . 3rd Edition. McGraw-Hill Book Co., New York,NY. 1994.
F.P. Incropera and D.P. DeWitt. Fundamentals of Heat Transfer. John Wiley & Sons. 1981.
读书笔记
关于参考压力的设定，首先需了解有关压力的一些定义。ANSYS Fluent中有以下几个压力，即Static Pressure（静压）、Dynamic Pressure（动压）与Total Pressure（总压）；Absolute Pressure（绝对压力）、Relative Pressure（参考压力）与Operating Pressure（操作压力）。这些压力间的关系为，Total Pressure（总压）=Static Pressure（静压）+Dynamic Pressure（动压）；Absolute Pressure（绝对压力）=Operating Pressure（操作压力）+Gauge Pressure（表压）。其中，静压、动压和总压是流体力学中关压力的概念。静压是测量到的压力，动压是有关速度动能的压力，是流动速度能量的体现。而绝对压力、操作压力和表压是Fluent引入的压力参考量，在ANSYS Fluent中，所有设定的压力都默认为表压。这是考虑到计算精度的问题。
2019.01.30