沿程损失阻力系数的FLUENT数值模拟(计算流体力学作业)..

面的流动很难模拟，所以在此我们重点研究湍流水力光滑区的达西摩擦因子与Re的关系。FLUENT中通过改变流速或者粘度系数来控制Re，并进行数值模拟，计算出管中试验段两端的压力的差值，即可得到沿程损失阻力系数（达西摩擦因子），再将所得的值与上图水力光滑区曲线或布拉休斯公式对比，判断其是否正确。 1．模型        建立一个半径r=21mm，长l=3m的圆截面直管，其中前2m是前置段，用来让湍流充分发展，后1m为实验段。假设其材料是光滑的，没有摩擦，内部流体为水。设水的ρ为1000 ，粘度系数μ为0.001 。下图就是使用K-epsilon湍流模式试算的velocity inlet后端 云图，说明在试验段之前设置前置段还是十分有必要的。 使用gambit可以很容易的建模，直接使用cylinder命令建立中的模型。但是在此未使用这种方法，由于液体的粘性力作用，在壁面附近有比较大的速度梯度，而且在入口端是湍流发展段，所以需要端面使用边界层网格加密，轴向在入口处加密。具体步骤是： 1．做半径为0.021的圆。 2．做出x=0.021，y=0，z=5的点，并连接圆上与其对应的两点。 3．为该线mesh，选择ratio 1.05，让线网格在入口处加密。在此同时将将入口端面的圆分成50等分线网格（数目自定，但是这样已经足够） 4．使用sweep命令，选上with mesh选项，让直线绕圆周旋转成圆柱面，并且将网格自动画好。如右图。 5.端面上创建边界层网格，first percentage(第一层边界层网格的高度关于宽度的百分比)在这里取了15,rows取5层，Growth factor取1.1。(注意一个问题，就是在画边界层网格时有个方向选择问题，打开edge的list里面，每个edge其实可以点多次，具体多少次看该edge属于多少个face，通过试验，就可以看到边界层具体会向哪个方向生成)。具体设置如右图。 6.为端面直接画面网格，由于之前  端面的圆已经分好了网格和边界层网格，不用设定参数gambit自动画网格，完成后如下图。 7．在生成体的选项中选择sweep，勾选with mesh选项，让圆端面沿管轴线方向扫过，即可完成体网格的绘制。 8．最后选择求解器（solver）Fluent 5/6，设置z=0处端面为Velocity in、圆柱面为wall和z=3处端面为outflow。 9．Export mesh。注意：不要选择2D模型输出的选项。 下图是网格完成后的模型。一共生成了50800个体网格。 四、数值模拟及数据处理 由于是光滑圆管（或水力光滑），则达西摩擦因子λ只是Re的函数。而在Re<2000时，圆管中的流动属于层流，泊肃叶也做过此范围内流动的大量实验，得出经验公式 ， 定义为 ，在这里V为距入口10m（即试验段的起始端）的截面平均流速，湍流时的Re也如此定义。又因为在圆管流动中雷诺数Re>2000才进入湍流状态，并且在2000