关于fluent重力的问题

yekai339

我在做的是蒸发器内的单相水流场分析，计算后发现流场压降和基本估计的不一致：流场中存在一段竖直圆形截面通道，长约6m，液相水从上往下流动。估算该段的摩擦压降和形阻压降之和不超过10kpa，6m的高度能产生约合58kpa，所以估算的进出口总压差应该为-48kpa。但是计算结果显示，进出口压降为1kpa左右。我初步估计是重力没有起作用，但是我有勾选重力选项，并在相应坐标上设定了重力加速度。

为了找出问题所在，我建立了一个简单竖直圆形截面管道进行研究。

简单竖直管道模型描述：管道长5m，管径0.5m，流体常物性，密度677.9034 kg/m3，粘度80 upa*s。估算得第一层网格高度0.8-4.8mm，建立了第一层高度为2mm的边界层网格，全局非结构化网格，质量0.3以上。X方向重力加速度9.81m/s2（方向是对的），使用standard k-e模型，standard-wall function。进口速度边界，速度0.176839m/s，湍流强度2.7052%，水力直径1m。出口压力边界，压力为0，回流湍流强度2.7052%，水力直径1m。SIMPLE算法，均采用二阶离散格式。

对简化模型进行了计算，发现进出口总压差还是和估计的严重不符。Ps，整个计算最终没有错误和警告提醒，连续性和速度残差都是十的负六次方，k和e残差十的负四次方，进出口质量守恒，进口总压稳定。查看一篇国外的CFD-Online的帖子，（帖子地址：http://www.cfd-online.com/Forums ... lation-results.html）里面的楼主遇到了和我一样的问题，他最后的解决办法是在operating condition里设置operating density为0，而且他认为这是fluent中的bug（我觉得这对fluent来说简直难以置信）。

我也进行了同样尝试，发现进出口的压差确实和估计的比较一致了。但是计算结果显示进出口的总压都是负数，尽管SIMPLE只考虑压力的相对值，但是我不知道这样做是否正确。不知道论坛里有没有哪位前辈有遇到过类似的问题，还望能多多指教。

aaa-1234

密度参考值设置为0

yekai339

aaa-1234 发表于 2016-6-21 08:01
密度参考值设置为0

你好，我有进行过这样的尝试。进出口总压差和估算值差不多了，但是结果显示流体进入流域后存在不合理的速度快速增长再回落，导致进口处的动压是错误的。   
所以我认为这也并不是一个很合理的做法（简单模型算出了不合理的流场），不知道您能不能解释一下这么做的根据是什么？

aaa-1234

也有一个简单的方法，就是你自己加上估计的那个压降就可以了，因为fluent中为了收敛和边界条件设置的简单性，将参考密度设置为平均密度，这样就会忽略高度差引起的压降，你自己加上就可以了

yekai339

aaa-1234 发表于 2016-6-21 08:51
也有一个简单的方法，就是你自己加上估计的那个压降就可以了，因为fluent中为了收敛和边界条件设置的简单性 ...

太感谢您了，您的解答对我很有启发。这也和我之前的看法比较一致。动量方程里面的压力梯度项里的压力指的是静压，help里面说到勾选重力后除了引入boussinesq假设外都会使用操作密度ρ0，那重力项就变成了（ρ-ρ0）g。而在fluent中又会进行压力的重新定义，P'=P-ρ0g 。当流体稳定时，P'=0的。    也就是说fluent中即使勾选了重力，但是由于fluent中对压力的重新定义，使得求解得到的静压和没有重力时是一样的。而如果需要确定真实的静压，只需要在计算得到的静压的基础上加上重位压力就行了。

fluent这么处理让人有点摸不到头脑，但是我觉得也并不是没有原因的：加入重力后，如果不对压力进行重新定义，那么使用SIMPLE算法时，会发现在求p'时存在的常数项b里面会加入重力的影响。而对于单相水来说，由于其密度较大，可能其对b的贡献会比其他项大很多，以此产生了数值误差？所以fluent为了保证数值模拟的精确度，在计算静压时采取了那样的处理。

我尝试过简单管道勾选重力但是将operating density改为0的情况，计算结果虽然进出口的压力差和估算的差不多，但是流体从进口进入流域后存在不合理的速度上升，计算已经收敛，但是出现了不合理的流场，不就应该是发生了数值假扩散？

不知道您对我的分析有没有什么看法？

aaa-1234

如果出口是垂直的，使用参考密度为0问题不大，但是水平的话，就需要用UDF来定义出口压力分布，才能用参考密度为0

aaa-1234

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yekai339

aaa-1234 发表于 2016-6-22 11:10
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您的解答太有帮助了，非常感谢！！！
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