卡門渦街的計(jì)算

1、卡門渦街的計(jì)算現(xiàn)象簡(jiǎn)述粘性不可壓的定常來流繞過某些物體時(shí)，物體兩側(cè)會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、并排列規(guī)則的雙列線渦。開始時(shí)，這兩列線渦分別保持自身的運(yùn)動(dòng)前進(jìn)，接著它們互相干擾，互相吸引，而且干擾越來越大，形成非線性渦街。卡門渦街的形成與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)為40-300時(shí)，脫落的渦旋有周期規(guī)律，雷諾數(shù)大于300,渦旋開始隨機(jī)脫落，隨著雷諾數(shù)的增大，渦旋脫落的隨機(jī)性也增大，最后形成湍流?，F(xiàn)通過二維圓柱繞流問題對(duì)渦街現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬。模型建立幾何模型建立如下，數(shù)值計(jì)算中雷諾數(shù)為200,即入口速度為0.031m/s。圓柱體半徑為50mm.EEOSEEbooL600mm2200mm三、創(chuàng)建網(wǎng)格通過An

2、sysICEMCFD進(jìn)行預(yù)處理，生成二維平面網(wǎng)格。觀察發(fā)現(xiàn)，圓周周圍網(wǎng)格較密，向外逐步變疏，同時(shí)圓周圍有理想邊界層。靠骷Uri:四、計(jì)算結(jié)果將所生成的網(wǎng)格導(dǎo)入FLUENT檢查網(wǎng)格質(zhì)量合格后，通過二維求解器求解。因?yàn)槟Ｐ驮O(shè)定雷諾數(shù)為200,所以選擇層流模式進(jìn)行流動(dòng)模擬。默認(rèn)空氣為默認(rèn)材料，并采用系統(tǒng)默認(rèn)的物性參數(shù)。進(jìn)一步定義邊界條件，設(shè)置速度入口和出流邊界。應(yīng)用SIMPLE®度-壓強(qiáng)關(guān)聯(lián)算法，通過二階迎風(fēng)格式計(jì)算通量。初始化后，先進(jìn)行基于壓力的定常求解。而后將上一階段求解結(jié)果作為之后非定常求解的初值進(jìn)一步求解。求解結(jié)束后生成的渦量云圖如下：1:GxitoirsofVorbatyMagr

3、v140e>00m110e*001.00e*00m700e-01600e-015QQe-01400e-01300e-01200e-011QQe-O10Oue*OOContoursofVorticityMagnitude(1/s)(Time=30000e*01)ANSYSFluent1501:ContoursofVorttotyMagr100e*00m700e-01600e-015QQe-Q1400e-01300e-012.00&-01lQQe-010uue*00ContoursofVorticityMagnitude(1/s)(Time-3.5000e01)ANSYSFluent

4、1501:CcxntoursofVorbatyMagr0050e*040e*0魏：810e*01.00e*007.00e-016.00e-015QQe-Q14.00e-013.00e-012.00e-011.QQe-010.00e*00ContoursofVorticityMagnitude(1/s)(Time=40000©*01)ANSYSFluent1501:ContoursafVorbctyMagr2.00e+0019QE+QQ1.606*00170e+001.60e+001.50e+0014&e+001.30+001.20e+001.10e+00i.00e*009QQ

5、e-QIs.ooe-017.00e-ai6.00e-013.00e-ai2.00e-01IQQOIO.OOe+OOContoursofVorticityMagnitudefl閣(TIiti&=45000e+01)ANSYSFHj&n1150計(jì)算最后階段的靜壓云圖如下:1:ContoirfofSUxPrtsSLF4.Ve-043.64e042日1%口41.99e-C41.1A0-O4328eO5:河艱-2.16®-382e-044B4e-04-5.47C04-fi30fh04:斕楸ContoursofStaticPressurePascal)(Time=50000e+0

6、l)ANSYSFluent160速度云圖如下:1:Centalsafv'eloatyMagn4566-0243302J11&*02囑B3426023.19&-022.9E02：-'251&-0232Be-D22.05&-Q2182e21e0e-0213702114e-059.12P-03645E6-032落品ContoursofVelacityMagnitude(m/s)(Tiime=5QDOOe+01)ANSYSFluent150五、問題、收獲總結(jié)收獲：1、初步了解了ICEMCFDF口FLUENT勺操作使用2、簡(jiǎn)單了解了卡門渦街現(xiàn)象例如：通過監(jiān)

7、視升力能看到升力系數(shù)隨時(shí)間不斷波動(dòng)，且波動(dòng)幅度在逐步增大，后來漸漸穩(wěn)定。通過渦量云圖看到了渦街的大致形態(tài)。并在定常計(jì)算過程中，觀察到監(jiān)控殘差在不斷的快速上下大幅度波動(dòng)，且波動(dòng)幅度越來越大。存在的問題：1、只能大體知曉軟件操作流程，對(duì)其中的物理意義和數(shù)學(xué)方法還無法理解。2、對(duì)于計(jì)算所得的數(shù)據(jù)也是一頭霧水3、軟件使用并不熟練。例如：監(jiān)控開力畫出的曲線是可以以圖片格式導(dǎo)出的（write）,可是我在一開始的操作過程中并沒有這樣做，導(dǎo)致最后找不到曲線圖。最開始使用FLUENT不會(huì)按時(shí)間問隔導(dǎo)出數(shù)據(jù)，導(dǎo)致最后只能顯示第200個(gè)時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)，最后不得不重新計(jì)算。像這樣，還如諸多問題，有待解決。六、相關(guān)理論學(xué)習(xí)及遇到的問題1、雷諾數(shù)是表征粘性影響的物理量，其大小決定了粘性流體流動(dòng)特性。雷諾數(shù)小于2000時(shí)，流體是層流，大于4000,為湍流，2000到4000之間為過渡階段。周期性卡門渦街對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)為40-300。2、除三類流動(dòng)（準(zhǔn)定常流動(dòng)、流場(chǎng)變化速率很快的流動(dòng)和流場(chǎng)變化速度極快的流動(dòng)）外某些狀態(tài)反復(fù)出現(xiàn)的流動(dòng)也被認(rèn)為是非定常流動(dòng)，例如，脈流動(dòng)（流場(chǎng)各點(diǎn)的平均速度和壓強(qiáng)隨時(shí)間周期性波動(dòng)