【STAR-CCM+算管道压降算例】圆管湍流压降计算

一、案例描述

    接上篇推文，本次使用相同的几何模型模拟圆管内湍流流动，计算管压降。圆管半径a=0.00125m，圆管长度l=0.1m，管内流体为20℃的淡水，密度ρ=998.16kg/m^3，运动粘度ν=1.0037e-06m^2/s，入口为充分发展流动，平均速度um=2m/s。

二、边界条件

    其中，y为从壁面算起的距离；n的取值与雷诺数有关，如下表所示。

    自定义UDF，设置进口速度，取n=1/6.0，um/umax=0.8。

${um}/0.8*pow((${a}-sqrt(pow($${Position}[1], 2)+pow($${Position}[2], 2)))/${a}, 1/6)

三、网格划分

    网格采用六面体核心的Trimmer，基础网格尺寸（base size）设置为a/10。为使壁面y+≈1，边界层网格总厚度设置为200%base size，网格增长率设置为1.2。网格总数约为45万。

    截面网格局部放大图如下图所示。

    边界层网格如下图所示。

四、求解器设置

    湍流模型采用Realizable K-Epsilon Two-Layer模型，稳态计算。压力速度耦合采用Coupled算法。计算环境为STAR-CCM+ 2022.1.0 R8 Linux 64bit平台，采用4核2.5GHz处理器计算。

五、计算结果

    残差曲线如下图所示。共迭代1000次，整体残差水平在1e-08以下。

    进口速度分布如下图所示。

    进口和出口处速度的局部放大图如下图所示。

    截面压力分布如下图所示。

    管压降Δp收敛曲线如下图所示。

    当4000<Re<10e05时，由雷诺数可得出沿程阻力系数的近似估算，也可由莫迪图查出。

    得管压降Δp

    管压降Δp的STAR-CCM+计算值与使用公式计算得出的结果对比如下表所示。

六、参考文献

[1]张亮, 李云波. 流体力学[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社, 2006.

文章来源：MarineCFD