卡门涡街的计算

1、卡门涡街的计算现象简述粘性不可压的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列规则的双列线涡。开始时，这两列线涡分别保持自身的运动前进，接着它们互相干扰，互相吸引，而且干扰越来越大，形成非线性涡街。卡门涡街的形成与雷诺数有关，雷诺数为40-300时，脱落的涡旋有周期规律，雷诺数大于300,涡旋开始随机脱落，随着雷诺数的增大，涡旋脱落的随机性也增大，最后形成湍流。现通过二维圆柱绕流问题对涡街现象进行数值模拟。模型建立几何模型建立如下，数值计算中雷诺数为200,即入口速度为0.031m/s。圆柱体半径为50mm.EEOSEEbooL600mm2200mm三、创建网格通过An

2、sysICEMCFD进行预处理，生成二维平面网格。观察发现，圆周周围网格较密，向外逐步变疏，同时圆周围有理想边界层。靠骷Uri:四、计算结果将所生成的网格导入FLUENT检查网格质量合格后，通过二维求解器求解。因为模型设定雷诺数为200,所以选择层流模式进行流动模拟。默认空气为默认材料，并采用系统默认的物性参数。进一步定义边界条件，设置速度入口和出流边界。应用SIMPLE®度-压强关联算法，通过二阶迎风格式计算通量。初始化后，先进行基于压力的定常求解。而后将上一阶段求解结果作为之后非定常求解的初值进一步求解。求解结束后生成的涡量云图如下：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阁(TIiti&=45000e+01)ANSYSFHj&n1150计算最后阶段的静压云图如下:1:ContoirfofSUxPrtsSLF4.Ve-043.64e042日1%口41.99e-C41.1A0-O4328eO5:河艰-2.16®-382e-044B4e-04-5.47C04-fi30fh04:斓楸ContoursofStaticPressurePascal)(Time=50000e+0

6、l)ANSYSFluent160速度云图如下:1:Centalsafv'eloatyMagn4566-0243302J11&*02嘱B3426023.19&-022.9E02：-'251&-0232Be-D22.05&-Q2182e21e0e-0213702114e-059.12P-03645E6-032落品ContoursofVelacityMagnitude(m/s)(Tiime=5QDOOe+01)ANSYSFluent150五、问题、收获总结收获：1、初步了解了ICEMCFDF口FLUENT勺操作使用2、简单了解了卡门涡街现象例如：通过监

7、视升力能看到升力系数随时间不断波动，且波动幅度在逐步增大，后来渐渐稳定。通过涡量云图看到了涡街的大致形态。并在定常计算过程中，观察到监控残差在不断的快速上下大幅度波动，且波动幅度越来越大。存在的问题：1、只能大体知晓软件操作流程，对其中的物理意义和数学方法还无法理解。2、对于计算所得的数据也是一头雾水3、软件使用并不熟练。例如：监控开力画出的曲线是可以以图片格式导出的（write）,可是我在一开始的操作过程中并没有这样做，导致最后找不到曲线图。最开始使用FLUENT不会按时间问隔导出数据，导致最后只能显示第200个时间间隔的数据，最后不得不重新计算。像这样，还如诸多问题，有待解决。六、相关理论学习及遇到的问题1、雷诺数是表征粘性影响的物理量，其大小决定了粘性流体流动特性。雷诺数小于2000时，流体是层流，大于4000,为湍流，2000到4000之间为过渡阶段。周期性卡门涡街对应的雷诺数为40-300。2、除三类流动（准定常流动、流场变化速率很快的流动和流场变化速度极快的流动）外某些状态反复出现的流动也被认为是非定常流动，例如，脉流动（流场各点的平均速度和压强随时间周期性波动