非牛顿流体通道圆柱绕流分析

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问题描述

本例考察一个非牛顿流体在长方形通道的流动问题，如图13-58所示，该长方形通道内放置有圆柱，圆柱截面平行于来流方向。该非牛顿流体遵循幂率定律，其粘度定义为：

其中常量系数K=20Pa×sⁿ”，幂指数n=0.2。其他物理特性同水。

本问题在于求解全程的压力损失，同时与水做比较。设来流方向均匀流动流量为50cm³/s_c。出口压力latm。求解目标为出口和入口的压力差。

图13-58 长方形通道

定义该流体的物理特性

单击“流动模拟”菜单，然后单击“工具”“工程数据库”。

在“数据库树”里，单击打开“材料”节点、“非牛顿液体”、“用户定义”，然后按下位于工具栏上的“新建项目”图标。按下表填写相关内容，然后单击“保存”图标。

项目定义

通过“向导”，建立并定义如下内容：

边界条件

入口边界条件

入口体积流量1：入口以流量为50 cm3/s，默认温度，选中图13-59所示平面。

出口边界条件

静压1：出口以静压1atm，即101325 Pa，选中图13-60所示平面。

图13-59 入口边界条件

图13-60 出口边界条件

定义求解目标(https://www.xing528.com)

定义出口和入口的“总压平均值”为“表面目标”的求解目标。

定义“方程目标”为两者之差。这样便定义了出口和入口的压力差，其名称如图13-61所示定义。

图13-61 压力差

运行并得到如图13-62所示的计算结果。

“方程目标”表明其压力差为4258Pa。

与水介质作比较

用克隆的方法新建一个项目，命名为“水”，如图13-63所示。

图13-62 计算结果

图13-63 克隆项目

单击“流动模拟”“常规设置”，将介质从XGum改为“水”。

在“流动类型”，选择“层流和湍流”。

单击“确定”按钮。重新运行该项目。

运行并得到如图13-64所示的计算结果。

图13-64 计算结果

“方程目标”表明其压力差为66Pa。

图13-65所示为XGum介质的速度分布，图13-66所示为水的速度分布图。计算结果表明，非牛顿介质XGum的压力差是水介质的压力差的65倍。这主要是由于非牛顿流体具有较高的粘度系数。

图13-65 速度分布图

图13-66 水的速度分布图