使用CFX研究两个同心圆柱体之间的层流流动

本文摘要（由AI生成）：

本案例研究两个同心圆柱体间的层流流动，其中内筒旋转，外筒静止。采用二维几何建模，设定了流体介质的属性和内筒的旋转角速度。使用CFX软件设置求解器，包括读取网格、定义材料属性、设置计算域和边界条件，以及求解控制参数。计算完成后，通过CFD-Post进行后处理，分析速度分布并验证结果。整个流程包括前处理、求解和后处理三个主要步骤。

本案例研究两个同心圆柱体之间的层流流动。

1 案例描述

几何如图所示。内筒以恒定速度旋转带动流体运动，外筒保持静止。本案例可以采用二维几何建模。

图中几何尺寸为:

• 内圆柱半径17.8mm

• 外圆柱半径46.28mm

流体介质属性为:

• 密度1kg/m3

• 粘度0.0002 kg/m-s

内筒旋转角速度1 rad/s。

采用稳态层流计算。并与理论值进行比较（理论值来自F. M. White. Fluid Mechanics(7nd ed). P275 。 

式中，wi为内部圆柱旋转角速度；ri为内部圆柱半径；ro为外部圆柱半径；r为面上点到圆形的距离。

2 CFX设置

2.1 启动CFX

CFX可以从开始菜单启动，也可以在Workbench中以模块形式启动。这里从开始菜单启动CFX。启动CFX后，软件界面如下图所示。

• 点击按钮CFX-Pre启动CFX前处理界面

• 点击菜单File → New Case新建case

• 弹出对话框中选择General，点击OK按钮

2.2 读取网格

• 选择菜单File → Import → Mesh，弹出对话框中选择网格文件ex1.msh

2.3 新建材料

• 选择菜单Insert → Material，弹出对话框，修改材料名称为gas

• 材料设置面板中设置Density为1 kg/m3，设置Dynamic Viscosity为0.0002 Pa.s，如下图所示

• 点击OK按钮关闭面板

2.4 设置计算域

• 鼠标双击模型树节点Flow Analysis 1 > Default Domain打开区域设置面板

• 切换到Fluid Models标签页，设置Heat Transfer为None，设置Turbulence为None(Laminar)，点击OK按钮关闭面板

• 点击OK按钮关闭面板

2.5 边界条件

1、设置内部圆柱面边界

• 右键选择模型树节点Default Domain，点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界

• 将边界命名为inner

• 在Basic Settings标签页中设置Location为IN

• 切换中Boundary Details标签页，激活选项Wall Velocity，设置Option为Rotating Wall，指定Augular Velocity为1 rad/s

• 其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭设置面板

2、设置对称边界

• 右键选择模型树节点Default Domain，点击弹出菜单项Insert → Boundary插入边界

• 将边界命名为symmetry

• 在Basic Settings标签页中设置Location为Primitive 2D A, Primitive 2D B，如下图所示

• 其他参数保持默认设置，点击OK按钮关闭设置面板

2.6 Solution Controls

• 鼠标双击模型树节点Solver Control，打开设置面板

• 如下图所示的设置面板中，设置Max. Iterations为200

• 点击OK按钮关闭面板

• 点击菜单项File → Save Case保存文件

• 点击工具栏按钮Define Run写入求解器文件

• 点击Save按钮启动CFX求解管理器

2.7 开始计算

• 下图所示的对话框中采用默认设置，点击按钮-Start Run开始计算

• 计算完毕后可点击工具栏按钮Launch CFD-Post with a result file启动CFD-Post进行后处理

3 后处理

• 速度分布

• 结果验证