用ICEM-CFD16.2网格独立性的研究是通过对轴向和径向的各种网格形状和尺寸进行多次模拟来完成的。通过保持其他方向网格尺寸固定,模拟验证了局部努塞尔数沿长度的变化,反之亦然。模拟从粗网格开始,然后进一步细化,直到模拟结果不依赖于网格大小或网格大小的改善可以忽略。
获得合适的网格尺寸,因此每厘米长度包含4000个单元,管截面包含约1100个单元。为了更好地捕捉更接近存在高速度和温度梯度的不同变量,应用了0.05mm的厚度和1.1的增量系数,如图一所示。
使用CFX-Pre按照以下步骤进行计算流体动力学模拟,以清楚地展示较短管道中的振动效应。进行等温稳态模拟,使速度得到充分发展,并可用作下两次模拟的入口;稳态热流,以及具有表中规定的初始和/或边界条件的非稳态。
由于振动,计算域处于运动中,为了小心起见,在CFX中检查了网格变形选项。该选项考虑了网格的变形以及元素刚度所允许的相对运动。对于所有流动条件,管道出口处的表压为零。为了抑制流体径向混合对温度和热传递的影响,对不同雷诺数。
局部努塞尔数沿长度方向的变化,由方程获得。与从计算流体力学获得的蒸馏水结果进行了比较,图2显示了计算流体动力学结果与Shah的热发展内部流局部努塞尔数变化方程预测结果之间的良好一致性。
非稳态等温流动验证德什潘德和巴里古第一个用实验证明牛顿流体的流动不受纵向振动的影响。然而,就增强比而言,非牛顿流体的流量显著增加,即振动流与稳态流的时间平均流速之比。欧洲广告标准局和巴里古也从数字上证实牛顿流体的流动不受任何振动模式的影响,CFD结果也与这一论点一致。
为了验证等温振动流,将CFD结果与Deshpande和Barigou获得的实验结果进行了比较对于受图3所示纵向振动的幂律型流体流过管道。也将他们的实验结果与CFX4.3模拟结果进行了比较。