H01后台阶流动模拟

算例描述

    在自然界，像后台阶分离再附这样的流动处处可见：河道的突然变宽，小河汇入大江的入口处等等。工程中很多复杂湍流的流场中也包含了像后台阶这样的流动结构。在这个算例中，流动的横截面积突然增大，导致流动从面积增加点处开始分流。速度场的空间变化导致壁区域外产生湍流，湍流与平均流动相互作用，影响分流气泡的大小。     后台阶绕流所产生的涡结构，以及涡结构之间的相互影响与作用，对于在湍流中出现的湍动能、湍流应力和自由剪切层的生成增长以及主要来流的运动都有着重大的影响。     后台阶流动问题已被用作低速流动不可压解算器的基准测试案例。该问题几何学简单，二维，边界条件也简单。标准案例是台阶的二维切面，对于这个案例，将研究不同边界条件、离散格式下不同漩涡的长度。结果将与商业软件计算结果进行比较。

计算条件

    主要来流及计算参数：

参数名	状态	数值	单位
壁面类型	无滑移壁面	/	/
时间设置	稳态	/	/
工质密度	定常	1.0	$kg/{m^{3}}$
工质粘度	定常
进口条件	压力进口
进口条件	速度进口
雷诺数
出口条件	压力出口
壁面条件	无滑移
离散格式	UPWIND/SIMPLEC
湍流模型
湍流动能初值
湍流耗散率初值
流场初始密度
流场初始速度u
流场初始速度y
流场初始压力
流场初始粘度
参考压力

计算网格

    在本算例后台阶非结构网格为.cas格式的网格，首先需要将.cas格式网格转换成风雷自定义的网格格式。后台阶非结构网格如图1所示，网格单元总数为34500。左侧边界为速度入口或压力入口，右侧边界为压力出口，其余均设置为壁面。

图1 后台阶网格

计算结果

1. UPWIND离散格式、压力进口条件

    流场结果

图2 压力云图对比

结论

    给定不同的边界条件和离散格式时，风雷计算得到的尾涡长度与商业软件的结果相比最大误差为17.6%；涡流区速度分布上，风雷软件的计算结果和主流商软的计算结果最大误差为7.2%；计算用时上，风雷软件和主流商软并未有明显差距。

综上所述，本次测试能够证实风雷不可压解算模块的正确性和可靠性。

参考文献

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