后台阶低雷诺数流动再附着过程模拟

参考资料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual

算例说明

后台阶流动在工程实践中具有广泛的应用。回流区是后台阶流动的一个重要特征，再附着长度是衡量这一特征的重要参数，对工程实践具有重要的参考价值。

本案例介绍了扩张通道中的后台阶层流流动。膨胀段上游的通道段足够长，以保证层流的充分发展。基于D（等于入口通道高度的两倍）的雷诺数为200。

计算域：台阶高度s=4.9mm，入口管道高度=5.2mm，入口段长度=200mm，台阶后下游长度为100mm

物质属性：密度1kg/m3，粘度1.5E-5kg/m-s

边界条件：入口流速为0.288462 m/s

网格划分

采用矩形网格，网格数量为15300。

计算设置

本次计算为稳态层流计算。

• 物质属性
  

计算物质设置为空气，设置它的密度和粘性

• 边界条件
  

设置入口流速

设置压力出口

计算结果

• 计算域速度场云图

• 计算值与实验值对比

沿台阶下游壁面的X方向剪切应力（这里X坐标已除以台阶高度并乘以1000）

从上图可以看出，X方向剪切力重新回到0时，X坐标值为4.90950155，则再附着长度为4.91。

参考文献

B. Armaly, F. Durst, J. Pereira, B. Schönung. “Experimental and theoretical investigation of a backward-facing step”. Journal of Fluid Mechanics, Vol 127, pg. 473, 1983

C.J. Freitas. “Perspective: Selected Benchmarks from Commercial CFD Codes”. Journal of Fluids Engineering. Vol. 117, pg. 208, 1995