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请教：buoyantBoussinesqPimpleFoam边界条件设置

  • C

    物理问题描述(2-D) ：(本来想画个图的，可惜我每次上传图片都不成功，还好这个问题不复杂，用文字描述好了) 一个方盒子，内部有5摄氏度的水(冷水)，底部恒温加热(比如200摄氏度)；左右两侧壁绝热且无流体出入(closed)；顶部可供流体自由出入(比如冷水可以向下流动，热水可以向上流动流出)。假设整个盒子处于100 m深的冷水中，也就是顶部有一个固定液压1 MPa。
    这个问题也就是流体受热在浮力作用下的流动问题。

    OpenFoam求解器 : buoyantBoussinesqPimpleFoam貌似可以求解这个问题，但是这个求解器里面有湍流模型和其他一些选项，不利于我这样的初学者理解。将buoyantBoussinesqPimpleFoam稍做修改：去掉了湍流模型，温度方程中的扩散系数假设为一个常数，取消了压力参考设置。 代码和算例以上传至github-hotwaterFoam

    算例中设置了这样范围的一个二维网格 x: [0,0]; y:[-110,-100]; z: [-1,1]. 网格节点个数: (90 100 1) ；长度单位都是m。（算例文件也在hotwaterFoam里面）初始条件和边界条件设置如下，

    出来的结果跟预想的不一样，不知道问题出在哪里了，代码应该没有问题。不知道这个边界条件设置是否正确，如果不正确，那么上面的这个物理问题应该如何设置边界条件。请教各位大神

    1. 温度 T
    internalField   uniform 5;

boundaryField
{
    floor
    {
        type            fixedValue;
        value           uniform 200;
    }
    ceiling
    {
        type            inletOutlet;
        inletValue 5;
        value 0;
    }
    sideWalls
    {
        type            zeroGradient;
    }

}
    1. p_rgh
    internalField   uniform 0;

boundaryField
{
    floor
    {
        type            fixedFluxPressure;
        rho             rhok;
        value           $internalField;
    }
    ceiling
    {
        type            fixedFluxPressure;
        rho             rhok;
        value           $internalField;
    }
    sideWalls
    {
        type            zeroGradient;
    }
}
    1. p
    internalField   uniform 0;

boundaryField
{
    wall
    {
        type            calculated;
        value           $internalField;
    }
}
    1. U
    internalField   uniform (0 0 0);

boundaryField
{
    floor
    {
        type            noSlip;
        //type            fixedValue;
        //value           (0 0.001 0);
    }
    ceiling
    {
        type            noSlip;
    }
    sideWalls
    {
        type            noSlip;
    }
}
  • R
    OpenFOAM副教授

    太棒了！ 我运行了楼主写的 hotWater 求解器。

    我从运行结果上看，似乎是温度和期望值不同？ 时间点为 50 的时候， 我发现温度的 contour 比较合理，热水上升。

    但是下边界层温度的梯度是不是太大了？即便在 300 秒后，从 温度的 contour 上看，依旧是非常明显的分层。 个人觉得温度应该从下自上缓慢过度才对？

    到模拟结束的时候，我发现全场的温度都稳定在了 27 （温度是 K?），确实是和想象中不一样。

    楼主有没有试过用原来的求解器做相同的算列？结果怎么样呢？

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  • R
    OpenFOAM副教授 

        fvScalarMatrix TEqn
    (
        fvm::ddt(T)
      + fvm::div(phi, T)
      - fvm::laplacian(alphaEff, T)
     ==
        radiation->ST(rhoCpRef, T)
      + fvOptions ( t)
    );

    去掉这个

         ==
        radiation->ST(rhoCpRef, T)
      + fvOptions ( t)

    个人觉得，楼主提供的数值算例是对这个修改过方程的解， 但是这样的修改，能否在一定精度内代表真实的物理现象呢？

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  • C

    @random_ran 是的，温度跟想象的不一样。
    我试了底边界温度如果太低的话短时间内几乎不会有plume splitting，所以试了一下更高的温度。
    我这里的温度单位都是摄氏度。

    这个我是从原来的求解器基础上改的，用自带的算例BenardCells一步一步测试，求解器简化后对这个算例的结果并没有什么影响，所以我猜求解器修改应该没错。

  • C

    @random_ran 原来的求解器的alphaEff好像是根据湍流模型计算出来的，具体细节还没搞懂。我在原来求解器算例的求解过程中输出了这个量，发现是0.001，是个常数。从量纲来看应该与热传导系数/密度/比热相同，我就在修改后的求解器中暂用DT/cp_f/rho0_f代替了。

    而==后面的应该是与源项有关的东西，我这里没有其他热源，所以就去掉了，不知道是不是会有别的影响。（我在原来求解器和BenardCells算例基础上测试了，去掉这一项对结果没有什么影响）

    看结果好像是不能够有效地从底边界传热，不知道是不是边界条件设置的问题，还是其他什么原因

  • C

    @东岳 帖子好像沉掉了，再次求助李老师。主要就是顶部边界条件不知道怎么设置，顶部是定压，也就是P是恒定的，但是流体可以自由出入。而方程中求解的是prgh，所以不知道prgh如何设置边界条件了，可能还需要与出口的速度边界条件保持一致性

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