本案例利用Fluent计算锥形喷嘴内的流动，并观察喷嘴下游自由空间中的激波钻石（SHOCK DIAMOND）现象。

2 问题描述

案例使用的网格采用ANSYS Meshing生成，如下图所示。

喷嘴局部如图所示。

采用压力入口与压力出口边界，其中入口总压为405411.6 Pa，温度277.74 K，出口静压为101352.9 Pa。

3 Fluent设置

3.1 读取网格

  • 以2D、Double Precision方式启动Fluent
  • 利用菜单 File → Read → Mesh… 读取计算网格文件conicalnozzle40deg.cas.h5

3.2 General设置

  • 双击模型树节点 General 进入General任务页，指定2D Space为 Axisymmetric

3.3 设置模型及操作条件

  • 双击模型树节点 Models and Energy (Off) 打开能量方程设置对话框。勾选Energy Equation框，然后选择OK以关闭Energy窗口。
  • 双击模型树节点 Models and Viscous (SST k-omega) 打开湍流模型设置对话框。保持设置如图34.2a所示。点击OK以关闭Viscous Model窗口。
  • 进入功能区 Physics 选项卡，点击按钮 Operating Conditions… 打开操作条件设置对话框。指定Operating Pressure设置为0。

3.4 指定材料参数

  • 双击模型树节点 Materials > Fluid > air 打开材料属性编辑对话框
  • 选择ideal-gas作为密度模型，选择sutherland作为粘度模型。
  • 选择 Three Coefficient Method 并单击 OK 按钮以关闭Sutherland Law窗口。
  • 点击Change/Create并关闭创建/编辑材料窗口。

3.5 指定边界条件

  • 双击模型树节点  Boundary Conditions。
  • 在任务页面中选择 inlet ，指定 Type 为 pressure-inlet
  • 点击 Edit… 按钮打开参数编辑对话框
    • 将 Gage Total Pressure [Pa] 设置为 405411.6
    • 将 Supersonic/Initial Gauge Pressure [Pa] 设置为 101352.9
    • 选择 Turbulence 下的 Specification Method 为 Intensity and Hydraulic Diameter
    • 将 Turbulence Intensity [%] 设置为 1
    • 将 Hydraulic Diameter [m] 设置为 0.147066
  • 选择 Apply 按钮，然后进入 Thermal 选项卡，将 temperature 设置为 277.74 K。选择 Apply 并关闭压力入口。
  • 在任务页面中选择 outlet ，指定 Type 为 pressure-outlet ，点击 Edit… 按钮编辑参数
  • 设置以下参数
    • 将Gage Pressure [Pa]设置为101352.9
    • 在 Turbulence下指定 Specification Method 为 Intensity and Viscosity Ratio
    • 将Turbulence Intensity [%]设置为0.5
    • 将Backflow Turbulent Viscosity Ratio设置为2，见图34.4c。
  • 选择Apply，然后选择Thermal选项卡，将温度设置为277.74 K。选择Apply和Close以关闭压力入口。

3.6 设置参考值

  • 双击节点 Setup > Reference Values 进入Reference Values任务页。
  • 在 Compute from 下拉框中选择 Inlet ，并选择 solid-surface_body 作为 Reference Zone。

3.7 设置求解算法及控制参数

  • 双击Solution下的Methods。保持设置如图34.5a所示。在大纲视图中双击 Solution 下的Controls。选择设置如图34.5b所示。
  • 双击Controls节点，如下图所示设置控制参数

3.8 设置残差监控

  • 双击模型树节点Solution > Monitors > Residual打开残差监控设置对话框

3.9 监测出口流量

  • 双击模型树中Solution下的Report Definitions节点打开报告定义对话框。
  • 选择 New > Flux Report > Mass Flow Rate….
  • 在Flux Report Definition 对话框的Boundaries 列表下选择inlet。
  • 输入名称mass-flow-rate。
  • 勾选Create下的Print to Console复选框。
  • 单击 OK 按钮定义报告
  • 关闭报告定义对话框

3.8 初始化并求解

  • 双击模型树节点 Initialization 打开初始化计算任务页，选择 Hybrid Initialization 选项，并点击按钮 Initialize 进行初始化计算
  • 双击节点 Run Calculation 打开计算设置任务页，输入迭代次数1000，点击按钮 Calculate 开始计算
  • 计算中监测的质量流量

4 后处理

  • 压力分布
  • 马赫数
  • 密度
  • 温度