Fluent静压出口边界产生回流(reversed flow)问题



  • 计算模型可以概化为有压管道连接明渠段,简图如下所示。
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    有压管段取100m,直径2.0m;明渠段长200m,底坡为0,水位维持2.5m。
    计算采用标准k-e紊流模型,自由液面采用VOF算法,求解采用PISO(其他参数需要再补充,为简化计算也没有划分边界层,因为我觉得问题不在这方面…),主要模拟水库内某区域的水流特性(主要是流速)。上游管道给定速度进口边界(根据来流量确定),拟为2m/s,下游水库水位基本保持2.5m水位不变。为维持水位,出口采用静水压力边界,压强随水深线性变化。
    在实际模拟过程中,每次迭代均会提示在压力出口处出现reversed flow,虽然不影响计算收敛,但是担心是否影响计算结果。为找到边界回流的原因,提取断面流速,发现出口边界水流向内部流动,与来流交汇,形成了很奇怪的流态。
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    针对这个问题做了一些尝试,如改变参数、算法,但是只要应用UDF静水压强边界,都会产生回流,因此初步判断是静水压强边界的问题。CFD上也有不少关于reversed flow的帖子,但似乎都不涉及静水压强,并且给出的建议多是延长出口位置、或者现实情况确实存在回流等,也有一个提到了“Setting pressure slightly -negative ( relative to outlet) in the operating conditions.”,还没有进行尝试。
    这种回流现象肯定是不合理的,并且也不认为延长距离就可以解决。经过多次尝试,发现计算结果会受到边界参数中backflow影响,也怀疑与压强设置相关,但不管怎么调整,结果都不理想。
    由于所做的工作偏工程试验,对计算流体力学了解有限,还请各位给一些建议。最主要的是,如何在Fluent中实现固定水位下进流或者出流呢?



  • 问题解决了么



  • 目前还没有。查阅了大量相关资料,似乎就fluent中如何维持恒定水位都没有明确的答复。文献中也都是简单地提到,施加静水压强固定水位(可是确实会产生回流啊,难道是我的udf有问题?)。目前主要有两个思路,一是尝试一下fluent的明渠流,二是尝试将出口边界的体积分数固定为1。前者我觉得不乐观,因为我这个并不能算是完全的明渠流,前半部分是简化了的水库有压隧洞。而且,我现在对压力出口的backflow fraction也十分迷惑,理论上设为0之后应该不会产生回流才对吧?但是实际计算结果似乎并不是这样。



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    你这个图,初始的时候速度场的值是0么?另外,下面这个图是反了么?网格多少万?2D?
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  • @cfd-china
    初始速度内场零和非零都有尝试,应该可以确定不是初始场的问题;
    图反了,是指和上面的简图方向相反?这个只是后处理的时候随手调的视角;
    0_1479689747076_QQ截图20161121085308.png
    网格数量294468,六面体网格。



  • @tjuzhang
    你尝试过2D么?类似的这种2D下面能保持高度么?OpenFOAM里面把初始速度非零可以解决这个问题。要不然模拟一段时间水也会掉出去。



  • @cfd-china
    还没试过2D的;
    对OF不是很了解,主要是担心两点,一是学习成本,听说对C+和理论要求比较高,而我的方向比较偏重试验,数模为辅,编程和理论只是略懂一点,担心花费太多时间;二是计算效率,这个是简化后的模型,只是为了研究合适的边界,实际模型的网格得有200万左右吧。



  • @tjuzhang 是的,学习一个新的软件很需要时间,尤其这种开源软件。如果有2D算例我可以帮你算一下,用OpenFOAM。

    如果为了研究边界,为何不用个2D研究?:surprised:


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