积鼎VirtualFlow与OpenFOAM的顶盖驱动方腔流计算对比分析

顶盖驱动方腔流问题是流体力学领域的一个经典算例，也是开源流体力学软件OpenFOAM算例手册中经典算例之一。本文通过分别采用通用流体仿真软件VirtualFlow与icoFoam模拟不同雷诺数下方腔内的流动状态，并分别与不同文献数据进行对比分析，以检验两款软件在求解流动问题上的适用性。

计算域及边界条件

计算区域为1.0×1.0的矩形区域，考虑到VirtualFlow与OpenFOAM均采用将Z_min/Z_max平面设置为对称边界的方法，实现二维求解，将Z方向厚度设置为0.001。VirtualFlow中通过设置xyz方向的计算域尺寸及网格节点数，完成方腔的网格划分，而OpenFOAM需要通过编辑blockMeshDict，并运行blockMesh生成网格，网格划分设置为200×200，网格总数为40000。尽管VirtualFlow跟OpenFOAM均采用四边形网格进行填充，但本质却不同，VirtualFlow采用笛卡尔网格，为结构网格求解，OpenFOAM则为非结构网格求解。

图1 VirtualFlow中网格设置

图2 方腔物理模型及网格划分

边界条件中顶盖拖动速度为U=1.0、V=0.0，其余壁面为固定壁面，通过改变粘性系数，获得不同Re数下的流动状况，各Re数分别为100/400/1000，处于层流状态，符合求解器icoFoam的应用范围，在V