OpenFOAM——运动和静止的同心圆柱之间的流动(库埃特流)
本算例来自《ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual》中的VMFL001: Flow Between Rotating and Stationary Concentric Cylinders
内部圆柱以恒定的角速度1rad/s进行运动,而外圆柱保持静止。
连续性方程:
半径r方向的动量方程:
角度θ方向的动量方程:
每个圆柱的边界条件如下:
在r=r0处,uθ=r0ω0
在r=r1处,uθ=r1ω1
角度θ方向的动量方程的解具有如下形式:
通过边界条件可得到如下形式的解析解:
注:
r1和ω1表示外圆柱的半径和角速度,r0和ω0表示内圆柱的半径和角速度,
本算例的解析解为:
首先进行建模操作,任何建模软件均可,本算例采用ICEM直接建模,生成网格,然后利用OpenFOAM下转化网格,划分完成的网格如下,沿半径r方向设置100个节点:
接下来转入OpenFOAM的操作:
我们利用上次《平行平板间具有相对运动(库埃特流)》的算例新建本次的算例,使用下面的命令在原有算例的基础上新建算例:
foamCloneCase ./plate ./rotate
然后运行foamCleanPolyMesh清理掉原来算例中的网格
foamCleanPolyMesh
然后我们将刚才我们生成的.msh网格拷贝到rotate文件夹下
在rotate文件夹下打开终端,输入fluentMeshToFoam(三维网格推荐使用fluent3DMeshToFoam)命令:
转换完成后,constan文件夹下会多出一个polyMesh文件夹
接下来我们只需要修改新算例下0文件夹的p和U文件,constant目录下的transportproperties文件和system目录下的controlDict文件,其他保持不变
我们打开constant文件夹下的transportproperties文件,此处我们将运动黏度设置为0.0002㎡/s
然后对初始边界条件进行设置,下面转入0文件夹下进行操作:
在0文件夹下我们可以看到U和P两个文件:
接下来修改P文件和U文件
P文件当中的内容如下:
U文件当中的内容如下:
说明一下:
如果多个边界具有相同的边界条件,可以采用正则表达式去匹配,统一设置边界条件。比如本算例中,内外圆柱均是壁面,并且边界类型都是zeroGradient,那么我们就可以写为:
"(OUTTER|INNER)"
{
type zeroGradient;
}
rotatingWallVelocity
边界名称
{
type rotatingWallVelocity;
origin 向量;
axis 向量;
omega 数值;
}
说明:
该边界从名称上就可以看到是壁面旋转的边界,其中origin通过一组向量指定旋转中心,axis通过一组向量指定旋转轴,omega给定一个数值,指定旋转的角速度,单位是rad/s。omega项是一种数据输入类型,可以描述随时间变化的函数。
最后我们设置controlDict文件,我们为了保证库朗数小于1,我们只修改时间步长,设置为0.001,其他的我们保持默认不变
设置好以后,输入icoFoam开始计算
等到计算结束
将计算结果导入paraview里面进行处理
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