本期文章由智造舍的舍友“乐知者 ·余川流”带来干货分享，带你遨游流体仿真世界，给你揭开流体的神秘面纱~
本学习的案例为流体力学中的经典算例管道中的泊肃叶流动，这个算例验证流体流经管道内部所产生的压降。你将学到如何设置轴对称模型、如何采用UDF加载充分发展的速度入口。
1、参考文献：
F.M.White. Fluid Mechanics. 3rd Edition. McGraw-Hill Book Co., New York, NY. 1994.
2、案例概况：
本案例将模拟入口为充分发展速度分布的圆形管道内部流动问题，根据下面参数计算得到管内的雷诺数为500，为层流流动问题，由于管道具有对称结构，且其内部流场也为对称结构，因此，采用轴对称模型进行模拟，具体模型和参数如下：
3、模拟过程
① 新建工程
打开workbench平台，拖动fluid flow（Fluent）到工作区域，保存命名为02。
② 几何建模
双击打开DM，几何建模将在里面完成建模。对于本案例，建立的是二维模型，需要在DM里面的XY平面建立草图，由于采用轴对称模型，需要对称轴放置在坐标系的X轴上，建立管道的一半模型，同时，为了方便后续加载充分发展的速度入口，将管道中心放置在坐标系的原点处，其余尺寸按上述表格中的半径和长度输入，具体如下：
完成草图绘制后，在菜单中选择从草图创建曲面得到二维曲面模型
之后命名管道的各个边界，在图形对话框中选中进口侧的边，右键选择named selection，输入边界的名称inlet，按F5，完成创建，其余边界按同样方式命名，如图所示。
关闭DM，完成几何建模。
③ 格划分
双击打开meshing， 格划分将在里面创建 格，右键点击mesh，选择里面的face meshing，创建映射 格，并选择几何曲面及四边形 格。
右键点击mesh，选择里面的sizing，并在命令面板中的geometry选择inlet、outlet两条边，将类型改为number of divisions，同时将数量改为30，将左右两边划分为30份。同时，选择bias type，让 格在靠近壁面位置分布的密一些，具体如下所示：
再一次右键点击mesh，选择里面的sizing，并在命令面板中的geometry选择wall、axis两条边，将类型改为number of divisions，同时将数量改为800，将内外两个边划分为800份，让其 格均匀分布即可，具体如下所示：
右键点击mesh，选择generate mesh生成 格， 格划分效果如下图所示：
关闭meshing，完成 格划分。
④ 求解设置
双击打开fluent，设置为双精度求解器，并根据计算机CPU核数输入并行计算CPU数量，然后点击start启动fluent
启动后fluent会自动加载上面创建的 格并显示，由于本案例是采用轴对称模型进行计算，需要在general中的2D space修改为Axisymmetric。
该案例的流动为层流流动，需要将viscous改为laminar，双击viscous，选择其中的laminar，具体如下：
在materials中的fluid修改流体物性参数，可以直接双击air，打开参数输入面板，按照上述模拟的流体介质物性参数修改air的物性参数，具体如下：
由于管道入口采用充分发展的速度入口，这里采用UDF进行指定，UDF内容如下：
UFD可采用TXT文件编写，最后将文件后缀名改为.c
之后在fluent的user defined functions中的interpreted中进行解释。
接下来设置计算模型的边界条件，双击打开boundary conditions中inlet下面的inlet设置面板，inlet边界被系统默认设置为velocity-inlet，在该面板的velocity magnitude中选择刚刚编译的速度入口分布udf inlet_velocity，点击ok完成inlet的设置。
双击打开boundary conditions中outlet下面的outlet设置面板，outlet边界被系统默认设置为pressure-outlet，在该面板的pressure-outlet中将gauge pressure设置为0Pa，点击ok完成outlet的设置。
检查其他边界，确保将计算模型的wall设置为wall边界条件，axis设置为axis边界条件。
为了判断入口静压值是否随着计算的进行趋于稳定，需要创建入口静压监控，具体步骤为，右键点击report definitions选择new中的surface report下面的area-weighted average进入surface report definition，选择物理量为static pressure，边界选择inlet，同时，勾选report file、report plot和report to console，后续该监控的结果将保存在计算文件夹中并显示成曲线及打印在控制台中：
之后双击solution中monitors下面的residual，将三个方程的残差改为1e-7
双击solution中的initialization，采用混合初始化完成计算域的初始化
双击solution中的run calculation，输入number of iterations为500，之后点击calculate开始计算。
迭代计算90步之后达到目标残差值，计算收敛，可以看到入口静压值也平稳。
⑤ 结果提取与对比
根据文献提供的结果，现在提取入口的静压值，方法为：双击solution中reports下面的surface integrals，选择report type为area-weighted average，选择field variable为static pressure，选择surfaces下面的inlet位置，点击compute得到进口位置的静压值为10.234pa，由于出口位置静压值为0Pa，因此，该管道的压降为10.234Pa。
将提取结果与参考文献中的结果进行对比如下表所示，从中可以看到计算误差非常小。
双击results中graphics下面的contours，打开contours面板，选择contours of为velocity，surface选择interior-surface_body，再点击save/display等到计算域的速度云图，如下所示：
双击results中graphics下面的vectors，打开vectors面板，选择contours by为velocity，surface选择inlet，再点击save/display可以看到入口的速度分布，这个速度分布即为采用UDF加载的充分发展的速度入口分布，如下所示：
感谢“乐知者·余川流”为舍友带来这期精彩分享
后面他还会带来更多的流体仿真知识分享，欢迎大家持续关注。
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