基于OpenFOAM的周期性管内流动边界处理方法研究

来源：上海理工大学学报杂志2017年第3期北京时间：

作者：张鹏

单位：上海理工大学 能源与动力工程学院, 上海 200093;上海理工大学 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093,上海理工大学 能源与动力工程学院, 上海 200093;上海理工大学 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093

摘要：为探究开源计算流体力学软件OpenFOAM中不同周期性边界条件处理方法的适用性，针对圆管内泊肃叶流动，分别在mapped，cyclicAMI，cyclic fan边界条件下开展数值模拟，对模拟得到的速度分布和压力分布进行分析.结果表明：3种边界条件设置下，数值模拟得到的速度分布均与解析解吻合，其中mapped和cyclicAMI边界条件下的数值解非常接近，且与解析解吻合更好；采用mapped边界能够得到与解析解符合的压力场，采用cyclic fan边界时在模拟区域进、出口存在很大的压力梯度，采用cyclicAMI边界得到的压力则恒为0.基于此，探讨了mapped边界条件下，数值模拟结果对计算网格的敏感性.研究发现：随着径向网格数目的增加，速度的计算精度先迅速提高而后趋于稳定；边界层层数的增加能够有效提高近壁区速度的计算精度；数值模拟时径向网格数目采用 16个以上为宜，边界层层数不宜少于3层.

关键词：管内流动;周期性边界条件;泊肃叶流动;计算流体力学;OpenFOAM

基金资助：国家自然科学基金资助项目（51206113，51176128，51576130）；上海市科委科研计划（13DZ2260900）