STAR CCM＋11 三角腔体

本案例利用Fluent计算三角形腔体内流体流动特征。

参考文献：R. Jyotsna, S.P. Vanka. “Multigrid Calculation of Steady, Viscous Flow in a Triangular Cavity”. J. Comp. Phys., Vol 122, pp. 107-117, 1995.

1 问题描述

如图所示尺寸的三角形腔体，上部顶盖水平速度2 m/s，验证竖直轴线上速度分布。

腔体内介质密度为1 kg/m3，动力粘度0.01 kg/m-s。

2 几何模型

本案例网格采用四边形计算网格，如下图所示。

注：也可以利用STAR CCM+生成计算网格。

4 Star CCM+设置

启动STAR CCM+，利用菜单File Import Import Volume Mesh...打开文件对话框，读入网格文件Ex11.msh

网格文件读入后检查一下边界条件名称是否完整。

3.1 选择物理模型

右键选择模型树节点Models，点击弹出菜单项Select Models...打开物理模型选择对话框

对话框中选择物理模型（Steady、Segregated Flow、Gas、Constant Density、Laminar），如下图所示

3.2 修改介质属性

如下图所示双击节点Air打开材料属性设置对话框

设置密度为1 kg/m3，动力粘度为0.01 Pa-s

3.3 设置边界条件

注：本案例只需要设置顶部壁面为运动壁面，其运动速度为2 m/s，其他边界保持默认设置。

鼠标双击模型树节点Region fff_surface Boundaries movewall，可打开设置对话框

如下图所示设置Tangential Velocity Specification为Vector，设置Relative Velocity为[2 ,0] m/s

其他边界条件采用默认设置。

3.4 创建line

创建中轴线用于与实验数据进行比较

利用两个点[0 -4 0]及[0 0 0]创建一条线

注：这里可以适当调整增大Resolution。

新建Table并读入实验数据

3.5 开始计算

选择菜单Solution Run开始计算

计算了615步的收敛残差如图所示。

继续往下算会有奇异事件发生，看后文。

3.6 计算结果

x方向速度分布

显示轴线上x方向速度分布，并与实验值进行比较

可以看出，前面迭代600步后的计算精度非常好。

3.7 奇异事件

前面说过，继续迭代后会有奇异事件。继续往下算后，残差是这样的。

中轴线上x方向速度如下图所示。（大部分情况是吻合的，但是y=-4m的位置存在极大偏差，问题应该是出现在这个地方）

云图成了下面这样。

到底发生了什么？我对天发誓，我只是点了一下Run按钮，啥都没干。前面600步迭代完全没有问题，后面直接就崩了，很明显出现了非物理解。从legend上来看，应该是速度分布范围太宽导致云图一片蓝。

将速度显示范围调整到-0.7~2 m/s，云图显示如下图所示。

除了底部角点存在问题外，其他区域正常。

全局范围显示速度分布，底部尖角位置速度如下图所示。基本可以断定问题出在网格上。

这种问题怎么处理？貌似只能继续细化网格了。然而此处几何自身带有尖角，细化网格也是治标不治本。

我不确定STAR CCM+有没有低质量网格的抑制措施（额，貌似本案例中使用的网格质量并不低，相同的计算网格在Fluent与CFX中并不会出现此类问题，采用相同网格的Fluent操作在这里：Fluent验证案例11：三角形腔体内层流流动，有兴趣的道友不妨试一试）。