Sollte ich erwarten, dass die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in einem Rohr über die Einlassgeschwindigkeit hinaus ansteigt?

Ich verwende kommerzielle Software, um einen instationären inkompressiblen Luftstrom durch ein 1 m langes rechteckiges Rohr mit einem Querschnitt von 0,2 m × 1 m zu simulieren. Ich habe eine Geschwindigkeitseintrittsbedingung (u = 100 m / s, $ \ nabla p = 0 $) und eine Druckaustrittsbedingung (p = 0, $ \ nabla u = 0 $). Der Einfachheit halber führe ich die Simulation in 2D auf der xy-Ebene aus, wobei das Rohr horizontal ausgerichtet ist und die Wandgrenzbedingungen am unteren Rand des Rohrs (entlang y = 0) und eine Symmetriebedingung am oberen Rand des Rohrs (bei y = 0,1). Ich habe eine Symmetriebedingung verwendet, um die Anzahl der Zellen in meinem Netz zu verringern und damit die Rechenzeit zu verkürzen. Ich habe auch darauf geachtet, mein Netz in Richtung der Wandbegrenzung vorzuspannen, um eine ordnungsgemäße Erfassung der Grenzschichten zu gewährleisten.

Wenn ich die Simulation in einen stationären Zustand versetze, stelle ich fest, dass die maximale Geschwindigkeit innerhalb des Rohrs geringfügig größer ist als die Einlassgeschwindigkeit ($ | u_ {max} | \ ca. 101 $). Das ist für mich nicht intuitiv. Ich erwarte, dass die Geschwindigkeit durch die Einlassgeschwindigkeit begrenzt wird. Es macht für mich keinen Sinn, dass die Flüssigkeitsgeschwindigkeit überhaupt beschleunigt wird. Deshalb frage ich:

Würde dasselbe im wirklichen Leben passieren? Wenn Flüssigkeit mit einer bestimmten Einlassgeschwindigkeit in ein rechteckiges Rohr mit ähnlichen Abmessungen und Längen eintritt, muss ich dann damit rechnen, dass ein Geschwindigkeitsprofil innerhalb eines Rohrquerschnitts die Einlassgeschwindigkeit überschreitet? Wenn ja, wie kommt es zu einer Zunahme der Flüssigkeitsgeschwindigkeit im Rohr (aus physikalischer / maschinenbaulicher Sicht)?

Oder gibt es ein Problem mit der Art und Weise, wie ich das Problem einrichte (d. H. Ein numerisches Problem, das ich bei diesem Problem kennen sollte)?

Das bedeuten Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit muss konstant sein, wenn die Flüssigkeit inkompressibel ist und die Fläche konstant ist.

Da Sie jedoch eine viskose Flüssigkeit modellieren, ergibt sich ein Geschwindigkeitsprofil über einem Rohrquerschnitt mit einer Geschwindigkeit von Null an den Rohrwänden. Die Geschwindigkeit in der Rohrmitte ist also größer als die mittlere Geschwindigkeit.

Vermutlich haben Sie angegeben, dass die Eintrittsgeschwindigkeit über die gesamte Rohrfläche konstant war, sodass die mittlere Geschwindigkeit 100 m / s betrug. Genau genommen stimmt dieses Geschwindigkeitsprofil nicht mit der Physik des Problems überein, da die Geschwindigkeit an der Rohrwand Null ist und nicht 100 m / s, aber für viele Zwecke ist die Inkonsistenz nicht sehr wichtig. Natürlich, wenn Sie versuchen, genau zu modellieren, was am Rohreingang passiert würde wichtig sein, und Sie müssten einen anderen Weg finden, um die Randbedingungen anzugeben.

Paul,

Auf den ersten Blick Es scheint mir, dass die Durchschnittsgeschwindigkeit ein guter Abstand entlang des Rohres sollte geringer sein als der Durchschnittsgeschwindigkeit am Einlass.

Ich glaube, das liegt daran, dass Einlässe normalerweise als Verengung wirken. Die Strömungsquerschnittsfläche würde sich am Einlass verringern. Innerhalb des Rohres wäre der Strömungsquerschnitt größer, so dass die Durchschnittsgeschwindigkeit wäre langsamer.