卡門渦街的計算

卡門渦街的計算一、 現(xiàn)象簡述粘性不可壓的定常來流繞過某些物體時，物體兩側(cè)會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，這兩列線渦分別保持自身的運(yùn)動前進(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?？ㄩT渦街的形成與雷諾數(shù)有關(guān)，雷諾數(shù)為40-300時，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。現(xiàn)通過二維圓柱繞流問題對渦街現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬。二、 模型建立幾何模型建立如下，數(shù)值計算中雷諾數(shù)為200，即入口速度為0.031m/s。圓柱體半徑為50mm.goosEEO—goosEEO—OOL600mm2200mm三、 創(chuàng)建網(wǎng)格通過AnsysICEMCFD進(jìn)行預(yù)處理，生成二維平面網(wǎng)格。:記：；;詐豊TtttttTl111111rR觀察發(fā)現(xiàn)，圓周周圍網(wǎng)格較密，向外逐步變疏，同時圓周圍有理想邊界層。通過AnsysICEMCFD進(jìn)行預(yù)處理，生成二維平面網(wǎng)格。:記：；;詐豊TtttttTl111111rR觀察發(fā)現(xiàn)，圓周周圍網(wǎng)格較密，向外逐步變疏，同時圓周圍有理想邊界層。四、 計算結(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。因為模型設(shè)定雷諾數(shù)為200，所以選擇層流模式進(jìn)行流動模擬。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速度-壓強(qiáng)關(guān)聯(lián)算法，通過二階迎風(fēng)格式計算通量。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：

1.00e*0000e*00190et00180e+00i.70e+001.609+00150e+00140e+00ia11Qe+001.00e*00900e01SOOeOl7OOeOl600e-0i500e01J.OOe013OOeOl2OOeOlConloursofVoriicilyM^gmlude(1/s)(Time=3.0000?*01)ANSYSFluent15.0LContotFsoFVwiidtyMagrv00e+0D1909*00180e+00170e+001609*001506+00T40e*00!臓81I0e+00ooe+oam7OOehOI■::De-01f00e-014QOe-OI00e-01Oje-010OOe^OO■ZontoursofVorticilyMagnitude(1fs)fTlme^3.5000e+01)ANSVSFluent150liContnursofVortiatyMagry2.00e+001.90e+001.aOe+OO1.70e+001.60e+u0l.50e+001.40e+001.30e+001.20e+001.10e+00l.00e+00g.OOe^OIа. ooa^oi7.00e-01б. 00e-Ql5.00e-0llOoe-ol3.00e-0l2.00e-011.00e-010.00e+00ContoursofVorticityMagnitude(l/s)(Timg-4.0000e+01)ANSYSFluent15.0

2.00e+001.90e+D01.0Oe+OO1.70e+001.606^-001.50e+00140e+001.30e+001.20e+001.10e*00I.OOe+OO9.QO0'Q1а. OOe-017.00e^01б. 00e-Q15.00e-014.00e-013.00e-012.00e-011.006-010.00e+00ContoursofVorticityMagnitude(Vs)(Time=4500Qe+01)ANSYSFluent15.0計算最后階段的靜壓云圖如下：S.62e-047.79e-Q46.96e^041:ContoursofStstic.Presso”-S.62e-047.79e-Q46.96e^044.47e-043.64e-042.01e-041.998-041.169^043.2BS-05-5.00e-05-1.33S-04■2.16e-04-2.99e-04-3.820^04-464e-04-5.47e-04-6.309-04-7.13e-04-7.96^04ContoursofStaticPressure(p^ca!)CT1me=5.0000e+0l)ANSYSFIuentlS0速度云圖如下：二：ConhusofVelocityMagnv56e-02433e-02JHe*02瑚說342e-023i9e-02296e-02274e-02:.C1e-022?6e-02LJ5e-021.82e-02160e-02■27e-02I4e-O29126-03684e-03丄56e-0328e-030OOe+DOContoursofVelocilyMagnitude(m/s)(Time-5.0000e+01)ANSYSFluent15.0ANSYSFluent15.0五、 問題、收獲總結(jié)收獲：1、初步了解了ICEMCFD和FLUENT的操作使用2、簡單了解了卡門渦街現(xiàn)象例如：通過監(jiān)視升力能看到升力系數(shù)隨時間不斷波動，且波動幅度在逐步增大，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，且波動幅度越來越大。存在的問題：1、只能大體知曉軟件操作流程，對其中的物理意義和數(shù)學(xué)方法還無法理解。2、對于計算所得的數(shù)據(jù)也是一頭霧水3、軟件使用并不熟練。例如：監(jiān)控升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,不會按時間間隔導(dǎo)出數(shù)據(jù)，導(dǎo)致最后只能顯示第200個時間間隔的數(shù)據(jù)，最后不得不重新計算。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特性。雷諾數(shù)小于2000時，流體是層流，大于4000，為湍流，2000到4000之間為過渡階段。周期性卡門渦街對應(yīng)的雷諾數(shù)為40-300。2、 除三類流動（準(zhǔn)定常流動、流場變化速率很快的流動和流場變化速度極快的流動）外某些狀態(tài)反復(fù)出現(xiàn)的流動也被認(rèn)為是非定常流動，例如，