Wie kann ich eine Druckgrenzbedingung in eine Geschwindigkeitsgrenzbedingung für inkompressiblen viskosen Fluss umwandeln?

Ich habe mit einem alten Code zur Modellierung von inkompressiblen viskosen 2D-Strömungen aus einem Tank gearbeitet, um einen chemischen Prozess zu verstehen. Es gibt nicht viel Dokumentation und ich bin kein Dynamiker, also habe ich versucht zu überprüfen, ob die Dinge so funktionieren, wie sie sollten, indem ich die Ergebnisse mit denen aus einem anderen Code vergleiche. Der Vergleich ist großartig, wenn ich eine Geschwindigkeitseinlassbedingung verwende. Bei Verwendung einer Druckeinlassbedingung besteht jedoch eine erhebliche Diskrepanz. In beiden Fällen ist der Ausgangsdruck Null.

Ich habe mehrere Wochen damit verbracht, herauszufinden, was das Problem mit dem Druckeinlasszustand ist (und habe eine aktive Frage dazu), weil ich Druckeinlasswerte habe, die ich für mein Problem verwenden möchte. Ich kenne keine Geschwindigkeitseintrittswerte. Aber ich muss zugeben, dass ich gegen eine Wand gestoßen bin, weil ich mein Problem mit dem Druckeinlassgrenzzustand herausgefunden habe.

Dies mag eine dumme Frage sein, aber ich würde es wirklich begrüßen, wenn mir jemand bei der Bestätigung helfen würde, ob ich meine Druckwerte in eine Eingangsgeschwindigkeitsbedingung umwandeln kann. Wenn ich kann, kann ich vielleicht einfach eine Einlassgeschwindigkeit verwenden und meine Probleme sind vorbei!

Ich verstehe das:

Dabei ist die Fluiddichte, die Geschwindigkeit, die Erdbeschleunigung und die Tiefe des Tankeinlasses unterhalb des Tankauslasses bei 0.$\rho$$U$$g$$z$

Wenn ich also einfach meinen Eingangsdruckwert einstecke und neu ordne, erhalte ich dann eine gültige Eingangsgeschwindigkeit, die ich für eine Geschwindigkeitsgrenzbedingung verwenden kann? Meine Sorge ist, dass ich es mit viskosem Fluss zu tun habe und ich denke, dass dieser Ausdruck mit der Bernoulli-Gleichung zusammenhängt, die den viskosen Fluss nicht berücksichtigt.

Wenn ich recht habe und diesen Ausdruck nicht zur Berechnung der Einlassgeschwindigkeit verwenden kann, weiß jemand, ob es eine Alternative gibt?

Der Grund, warum ich das wahrscheinlich nicht kann, ist, dass ich es ausprobiert habe und die Ergebnisse der beiden Codes nicht übereinstimmen. Ich versuche nur herauszufinden, wo mein Problem liegt - ob es wahrscheinlich ein Fehler in einem der Codes ist, welcher Code das Problem ist oder ob ich bei der Eingabe meiner Randbedingungswerte einen Fehler mache.

Es ist schwierig zu sagen, wie Ihr Problem mit den von Ihnen bereitgestellten Informationen angegangen werden soll, beispielsweise in welchem ​​Sinne Sie eine Diskrepanz feststellen. Ich gehe davon aus, dass Ihr System so ist, wie Sie es in der Frage " Inkompressibler druckgesteuerter 2D-Fluss: Wie soll ich bei nicht dimensionalen Navier-Stokes-Gleichungen die Druckgrenzbedingungen ausdrücken? " .

Die Strömung ist aufwärts. Normalerweise können Sie eine Geschwindigkeitsgrenzbedingung durch eine Druckgrenzbedingung ersetzen, indem Sie es durch Ausprobieren versuchen, bis Sie den Druck haben, der über Ihrer Einlassfläche die gleiche Durchschnittsgeschwindigkeit erzeugt. Wenn Sie das getan haben, aber einen anderen Druck als mit der anderen Berechnungsmethode festgestellt haben, stimmt mit mindestens einer der Berechnungsmethoden etwas nicht, und Sie müssen die beiden Modelle systematisch vergleichen und alle Parameter überprüfen, die Sie können Plotten und herausfinden, welcher fundamentale Parameter falsch ist. Sie könnten beispielsweise vergessen haben, die Wirkung der Schwerkraft in einem der Codes einzuschalten.

Wenn Ihre Frage lautet: Wie berechne ich den am Einlass einzustellenden Druck nur aus der Viskosität und einer bestimmten Einlassgeschwindigkeit? Dann verwenden Sie den falschen Ansatz. Der Druck am Einlass ergibt sich aus zwei Beiträgen: der Schwerkraft ( ) und dem Strömungswiderstand am Auslassrohr. Dazu müssen Sie den hydraulischen Durchmesser des Auslassrohrs nehmen, die durchschnittliche Auslassgeschwindigkeit und die Reynolds-Zahl . Der Druckabfall am Auslass wird im Allgemeinen mehrere Beiträge haben:$P_g=\rho g h$ $D_H=2a$$U_o$$\mathit{Re}=\rho U_o D_H/\eta$

• Bernoulli: , wobei ein Faktor ist, der das Geschwindigkeitsprofil des Fluids am Auslass berücksichtigt; für eine gleichmäßige Geschwindigkeit und (glaube ich) für ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil. Dies wird manchmal als "Ausstiegsverlust" bezeichnet.$\Delta p=b\rho U_o^2/2$$b$$b=1$$b=2$

• Reibung entlang der Rohrlänge, auch "Hauptverlust" genannt: wobei der Darcy-Weisbach-Reibungsfaktor ist , was von der Reynoldszahl abhängt.

  $$\Delta p_{\mathrm{major}}={fL\over D_H} {\rho U_o^2\over 2},$$ $f$

• Einlassverlust, auch "geringfügiger Verlust" genannt, wobei der geringfügige Verlustkoeffizient ist.

  $$\Delta p_{\mathrm{minor}} = \xi{\rho U_o^2\over 2},$$ $\xi$

Die tabellarischen Werte für all diese Verluste in verschiedenen Rohrgeometrien finden Sie in Idelchik, Handbuch für hydraulischen Widerstand (Warnung: 21 MB Download).

Ich weiß nicht, was in Ihrem Schiff passiert, aber wenn Sie nur an der Beziehung zwischen Durchflussrate und Druck interessiert sind, würde ich nicht einmal versuchen, einen CFD-Code auszuführen.