关于用fluent计算不可压缩流体的管道压力损失的问题

hdsanfeng

本来以为是个简单问题（我看了论坛之前有人讨论过，但是没讨论出结果）
我碰到“在用fluent计算压力损失的时候发现结果明显不对”的问题。
我的模型是这样的：已知进口压力和速度（通过实验获取的），模型的管道很复杂，有2个直角的拐角，最后流出出口，进出口口径大小一样，希望通过fluent求出出口压力来确定压力损失。
我采用了2种方式来计算（尝试）：一是速度进口，outflow出口，标准K-E模型，无热量交换，不可压缩流体，壁面函数法，一阶迎风格式，其余参数设置都是默认的。计算完后看压力场，并设置监视器看outflow的平均压力。
一是压力进口，压力出口。进口压力已知，出口压力我想想了，设为一个大气压，理由是，开口压力是在阀口打开的时候才会是已知数值，当流体刚刚流道出口时，模型的初始化的时候出口压力的确是在一个常压下，压力的变化是因为我在进口施加了压力后产生的，我觉得这样可能不准，但是反正是试。（这个是不是有问题，不然的话，是不是应该说这是个非稳态问题？因为压力有个很短的变化过程？）
不管是那种方法，结果都不理想，尤其是第一种。最要命的是我不知道问题是什么，因为我只是个fluent新手，就是照一些例子算了算，很多设置我是不知道原因的，看帮助文件又没找到。我希望我已经把问题描述的清楚了，希望哪位大侠能告诉我一下，我的问题在哪里，我应该从哪里出发去解决这个问题？

hdsanfeng

恩，xrs您说的问题我留意过的，我之前也听老师讲过，基本上如果算的不行或者觉得模型不对，先看看网格质量。我用的gridgen画的网格，用fluent算了Y+直，最小的在6-8左右，最大160多，基本上集中在15-70之间。书上说采用壁面函数法，Y+最好在30-300之间，但也有帮助文件上说在11左右就行，我想这也没有定论，但至少给了一个大概范围，而我认为我加密的还算用心，最小体积网格都在-14立方米数量级了，最大体积网格-9数量级。这个模型的进出口直径是10mm。

可能图太大，看起来粗了，我截图的时候用的“显示面”截得，显示体的时候不清楚，所以没采用。

xrs333

描述的不够清楚。
其一是物理问题不够清楚：流体，流态，上游下游，稳态/非稳态，等等。
其二是计算模型不够清楚：计算域，网格，数据采集与处理，等等。
另外，你目前计算模型显然也有不可取之处：一阶格式不能作为最终离散格式，ske湍流模型是否适用值得怀疑。

[ 本帖最后由 xrs333 于 2010-8-16 22:19 编辑 ]

通流

你的意思是，你算了个东西，觉得算的不好。想让大家看看那里错了。

我也有个问题。前两天，我丢了个钱包。找不到了。大家能不能帮我想想。我的钱包是丢在家里呢，还是丢在北京，或是上海，也许新疆？

你的问题不是“FLUENT的新手”。你是‘流体力学的新手“。

我的建议： 花钱请个懂的人，帮你算。或者，花时间把流体力学学懂了。反正要么花钱，要么花时间。

浪子轻狂

以前发过一个如何提问题的帖子，看来也不顶什么用，坛子里令人一头雾水的问题贴还是一如既往的每天涌现，唉……

hdsanfeng

谢谢上面几位的建议，看来我提问的方式很有问题。

我补充说明下：目的是计算压力损失，模型管道的前后段为直圆管，中间是一个圆环管，连接处为直角拐角，一个进口，一个出口，进出口口径大小一样，介质为水；在进口处施加3MPA压力，出口处推动活塞做功（正如xrr所说，我的确没有描述清楚物理模型），进口水流速度通过实验已知。我这样想过，既然我目的只是求压力损失，那么我是否可以将出口认为是“自由流出”？这是我用“压力进口-压力出口”边界条件来计算的原因。（但是用速度进口-outflow出口的话，在设置时并没有关于压力的，那么fluent是如何来确定压力的呢，我不知道fluent到底是基于什么来计算各种模型，所以很担心用速度边界的准确性）

模型为稳态，湍流（计算了雷诺数大于5000），网格是6面体结构网格，除了边界条件，其余参数基本上是fluent默认的（这些参数我问过老师，他说可以按照默认算，我担心可能他也没真搞清楚），至于为什么采用壁面函数法和一阶迎风格式，我也说不出具体原因，只是看了一些参考书和算例。我对比了一下我的模型，算例和一些参考书，认为用K-E模型应该是可以的。我也用2介迎风格式尝试过，也不行。

我本想把xrr所说的问题都补充下，但是有些我不懂；通流的建议很好，但是我只能自己学，只是机电专业以前没开过流体力学，而且那些公式看的我有些浮躁，所以基本上就是看看结论，不管原理的 ；我把浪子有关提问艺术的帖看了一下，真的很好，受教了！

本来想贴个图上来，发现不会操作 ，希望这次把问题都说到关键点上来了。

[ 本帖最后由 hdsanfeng 于 2010-8-16 21:20 编辑 ]

xrs333

那么你最好上一个图，方法是编辑帖子，上传附件......浏览......。

xrs333

粗看起来计算域合理。但是网格不行，太粗了，特别是流动比较复杂的局部。网格是否满足壁面函数要求也需验证。

通流

还有一点。你说算的不好。为什么这么说？当然是还有一些信息没有告诉我们。你提到雷诺数。我不知道这个雷诺数是怎么算的。这个几何形状很复杂啊。

再提个建议。既然你的老师不懂流体力学。以后就不要管你的老师的意见了。

网格的好坏主要是与流动有关。那些单凭所谓的网格质量评估的几何参数来判断网格好坏的，是不合适的。在你的问题中，你得估算损失主要产生在那里。如果是那两个直管，那么，目前的网格可能已经不错了。可能可以把进口紊流度降一个数量级。如果损失主要产生在那两个转弯接口，那么那里的网格的密度可能不够。不过，我也看不清，只是猜猜。

hdsanfeng

之所以说不好，是这样的：我用“速度进口-outflow”出口算，计算完后看压力场（进口附近）是10的3次方数量级，这根本跟我入口压力值差了3个数量级；用“压力进口-压力出口算”，进口到拐角损失还好，大概是0.3MPA，但是出口平均值只有10的4次方数量级，我进口是3Mpa，这就是说从10的6次方数量级降到10的4次方数量级（还不到一个常压，空气压力值0.1Mpa），这根从理论计算（我是近似算的，沿程加局部损失，局部不好算，就按照突然扩大管，突然缩小管的模型近似算，目的只是想让自己在心里估计一个压力损失范围）

雷诺数是这样的：因为通过实验我知道进口平均速度的，既然介质是水，不可压，很明显其他几段，比如出口段和中间的圆环段的平均速度都可以通过进口处平均速度求得，然后用Re=截面平均速度*水力直径/运动黏度，求得各段雷诺数，我说都大于5000，就是说不管是直管段还是圆环段，都大于5000，确定是湍流无疑。

很感谢xrs和通流，我再改动一下网格，继续加密一点试试，我认为拐角处和不同圆环直径链接出可能是压力损失的根源，再花点时间改网格。再次谢谢你们！

然后我再试一下不用标准K-E模型，用RNG k-e模型试试，书上说这个适合低雷诺数湍流模型，看看结果再求教各位。

浪子轻狂

你们老师扯的厉害，自己搞不清楚又怕没面子，就说可以默认……，默认的那些参数，适用的范围非常的狭窄，还是要自己算算，虽然说不一定能准确描述，但最起码别错的离谱；

outflow你最好别用，除非你实在是出口条件一概不知，壁面函数你用的哪种？每种壁面函数都要对应合理的yplus，算完检查一下壁面yplus的范围，根据这个来判断是加密还是粗化网格，不要一出问题就加密网格，有时候越加密越糟糕；

还有，你的思路我觉得有点问题，第一次用速度入口你知道看看入口压力对不对，第二次用压力入口，如果算出来的入口流速与已知不符，那你后面的比较又有什么意义？

xrs333

用速度进口-outflow时，没有压力边界条件，你需要给定参考压力及参考压力位置（operating conditions -> ......）。参考压力位置可选在压力已知的位置，比如你模型的入口或出口。
Fluent中的压力值都是相对于参考压力的。

通流

这就是你的基本概念问题。对于不可压流，压力的绝对值没有意义，甚至负值都没有问题。有意义的是压力差！！
所以，关键是，你算的损失是否合理。

hdsanfeng

各位的建议给我了一个很好的提示，首先真的要感谢你们！
浪子的说法让我想到，既然我已经通过实验知道速度了，那么我就应该寻求一个压力值和实验速度匹配。

首先我用“速度进口-outflow”模型算了一下压力差，认为是“压力损失”，之后我用“已知的初始压力值”-“压力损失”得到的一个压力值作为我“压力进口-压力出口”模型的出口压力值，然后看平均速度和实验速度是否匹配，结果还真的吻合的很好，误差只有4.6%。虽然我也不敢说这个方法到底对不对，但是似乎很好的解决了我这个模型。

最后谢谢你们3位几天来的帮助！让我又弄懂很多概念问题。

通流

速度差4.6%，损失可能差2倍的4.6%=9.2%。
比较还是要用无量纲参数，也就是损失系数。