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 נושא ההודעה: Fluid Flow Analysis for Engineers F u n d a m e n t a l s
הודעהפורסם: 29 מרץ 2010, 22:09 
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הצטרף: 06 ינואר 2010, 01:36
הודעות: 77
Solving Engineering Tasks with EFD.Lab
Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-1
Simulating Engineering Tasks with EFD.Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-4
Solving Engineering Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-6
Frequent Errors and Improper Actions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
Advanced Knowledge
Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-1
Mesh Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-1
Type of Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-1
Mesh Constructing Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-3
Basic Mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-4
Control Planes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5
Resolving Small Features by Using the Control Planes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-5
Contracting the Basic Mesh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-7
Resolving Small Solid Features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-9
Curvature Refinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-10
Tolerance Refinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-12
Contents
ii EFD.Lab 5 Fundamentals
Narrow Channel Refinement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12
Local Mesh Settings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-15
Recommendations for Creating the Computational Mesh. . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16
Mesh-associated Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-16
Visualizing the Basic Mesh Before Constructing the Initial Mesh . . . . . . . . . . 2-17
Widened Capabilities of Loading the Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-17
Viewing the Initial Computational Mesh Saved in the .cpt Files . . . . . . . . . . . 2-18
Viewing the Computational Mesh Cells with the Mesh Option . . . . . . . . . . . . 2-18
Visualizing the Real Computational Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-19
Switching-off the Calculation Results Interpolation and Extrapolation . . . . . . 2-21
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-22
Calculation Control Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-23
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-23
Finishing the Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-23
Refining the Computational Mesh During Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-25
Flow Freezing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-27
What is Flow Freezing? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-27
How It Works. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-27
Flow Freezing in a Permanent Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-
27
Flow Freezing in a Periodic Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-
29
Meshing – Additional Insight
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
Initial Mesh Generation Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
Refinements at Interface Between Substances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
Local Mesh Settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-11
Irregular Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12
Postamble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13
Glossary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14
Validation Examples
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
Flow through a Cone Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
Laminar Flows Between Two Parallel Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7
Laminar and Turbulent Flows in Pipes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
EFD.Lab 5 Fundamentals iii
Flows Over Smooth and Rough Flat Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-21
Flow in a 90-degree Bend Square Duct . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-25
Flows in 2D Channels with Bilateral and Unilateral Sudden Expansions . . . . . . . . 4-29
Flow over a Circular Cylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-33
Supersonic Flow in a 2D Convergent-Divergent Channel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-37
Supersonic Flow over a Segmental Conic Body . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-41
Flow over a Heated Plate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-47
Convection and Radiation in an Annular Tube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-51
Heat Transfer from a Pin-fin Heat Sink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-55
Unsteady Heat Conduction in a Solid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-59
Tube with Hot Laminar Flow and Outer Heat Transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-63
Flow over a Heated Cylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-67
Natural Convection in a Square Cavity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-71
Particles Trajectories in Uniform Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-75
Porous Screen in a Non-uniform Stream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-79
Lid-driven Flows in Triangular and Trapezoidal Cavities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-85
Flow in a Cylindrical Vessel with a Rotating Cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-91
Flow in an Impeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-95
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-101
Technical Reference
Physical Capabilities of EFD.Lab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1
Governing Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
The Navier-Stokes Equations for Laminar and Turbulent Fluid Flows . . . . . . . . 5-2
Laminar/turbulent Boundary Layer Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-
5
Constitutive Laws and Thermophysical Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-
5
Compressible Liquids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-
7
Non-Newtonian Liquids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-
7
Buoyancy Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-
8
Conjugate Heat Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9
Radiation Heat Transfer Between Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-
9
Rotating Reference Frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9
Mass Transfer in Fluid Mixtures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-10
Flows in Porous Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-10
iv EFD.Lab 5 Fundamentals
Two-phase (fluid + particles) Flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11
Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-12
Internal Flow Boundary Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-
12
External Flow Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-
13
Wall Boundary Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-
14
Numerical Solution Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14
Computational Mesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15
Spatial Approximations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-16
Spatial Approximations at the Solid/fluid Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-
16
Temporal Approximations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-17
Form of the Numerical Algorithm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-18
Methods to Resolve Linear Algebraic Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-19
Iterative Methods for Nonsymmetrical Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-
19
Iterative Methods for Symmetric Problems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-
19
Multigrid Method. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-
19
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-20


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