本案例演示如何利用FLUENT求解非牛顿流体流动问题。案例中流动介质粘度采用Carreau模型，该粘度模型表征了流体粘度与剪切率之间的关系。可表示为：

式中，μ为无穷大剪切率粘度；μ0为零剪切率粘度；λ为单位时间参数；n为无量纲参数；γ为剪切率，圆柱坐标系下剪切率可写为：

案例中Carreau模型各参数如表所示。

表2-1 模型参数

本案例的计算几何可简化为2D轴对称几何，如图2-1所示。

图2-1计算几何

1

启动Fluent

以2D方式启动FLUENT。

利用菜单【File】>【Read】>【Mesh…】读入网格文件ex2-4.msh

网格读入后自动显示在图形窗口。

2

检查网格

主要检查计算域尺寸，并根据尺寸缩放网格。

选择模型树节点General

点击右侧操作面板中的Scale…按钮，弹出Scale Mesh对话框如图2-2所示，从图中看出计算域尺寸不满足真实几何要求，需要进行缩放。

选择Mesh Was Created In下拉框内容为mm，点击Scale按钮进行缩放，缩放后点击close按钮关闭对话框。

图2-2 缩放网格

点击操作面板上Check按钮，检查TUI信息

图2-3 网格check信息

发现警告信息，出现此类警告信息原因在于：案例网格采用2D轴对称网格，而FLUENT对于2D轴对称的要求是对称轴必须为X轴，且网格位于X轴上方。从图2-2可看出Y轴最小值-1.10218e15，位于X轴下方（此微小的值为建模误差所致）。因此需将网格向上平移，平移量无限制，但要确保Y轴最小值大于零。此处将网格向上平移1mm。

鼠标点击Setting Up Domain标签页下的Transform按钮，选择其中的Rotate按钮，弹出Translate Mesh对话框，设置Traslation Offsets下的Y为1mm

图2-4 平移网格

如图2-4所示，点击Translate按钮平移网格，点击Close按钮关闭对话框。

再次点击Check按钮

此时TUI窗口显示的网格信息如图2-5所示。没有出现任何警告或错误，问题解决。

图2-5 网格信息

3

Generals设置

设置一些常用项。

选择模型树节点General

设置2D Space选项为Axisymmetric

本案例采用轴对称模型，其他参数保持默认。

图2-6 General设置

4

Models设置

5

Materials设置

修改材料属性。

选择模型树节点Materials，双击右侧面板中Materials列表项air

在弹出的Create/Edit Materials对话框中，设置Name为polystyrene

选择Viscosity下拉列表项Carreau Model，弹出Carreau Model设置对话框，按

如图2-7所示进行设置

图2-7 设置Carreau模型

点击OK按钮关闭设置框，软件弹出如图2-8所示提示对话框，点击No按钮。

图2-8 确认对话框

6

Cell Zone Conditions

设置计算域材料介质。

选择模型树节点Cell Zone Conditions

鼠标双击右侧设置面板中Zone列表框下的fluid列表项，弹出Fluid设置框

设置Material Name为polystyrene，点击OK按钮关闭对话框

图2-9设置计算域材料

7

Boundary Conditions

设置边界条件。

选择模型树节点Boundary Conditions

选择右侧设置面板中Zone列表框中的inlet列表项，设置其Type为Pressure-inlet，设置Gauge Total Pressure为2.1e5，点击OK按钮关闭对话框

图2-10 设置入口条件

选择Zone列表框中的outlet列表项，设置其Type为Pressure-outlet，弹出的对话框中保持参数值为默认，点击OK按钮关闭对话框

其他边界保持默认设置。

8

Solution Methods

设置一些求解算法。

选择模型树节点Solution Methods

设置右侧面板中的Pressure-Velocity Coupling Scheme为Coupled

激活选项Wraped-Face Gradient Correction

其他参数保持默认设置。

9

Solution Initialization

进行初始化。

选择模型树节点Solution Initialization

选择右侧面板中初始化方法为Standard Initialization，选择Compute form下拉项为inlet，点击Initialize按钮进行初始化

也可以使用Hybird方法进行初始化。

10

Run Calculation

开始设置迭代计算。

选择模型树节点Run Calculation

设置面板中Number of Iterations为500

点击Calculate按钮进行迭代计算

迭代计算完毕后，保存Case 及Data文件。

11

计算后处理

查看速度分布。

选择模型树节点Graphics

双击右侧面板中Graphics列表框中的Contours列表项，弹出的对话框中设置Contours of为Velocity，点击Display按钮显示速度分布

速度分布如图2-11所示。

图2-11 速度分布

同样的方法可以观察动力粘度分布，如图2-12所示。

图2-12动力粘度分布

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道