卡门涡街的计算

卡门涡街的计算一、 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。二、 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.goosEEO—goosEEO—OOL600mm2200mm三、 创建网格通过AnsysICEMCFD进行预处理，生成二维平面网格。:記：；;詐豊TtttttTl111111rR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。通过AnsysICEMCFD进行预处理，生成二维平面网格。:記：；;詐豊TtttttTl111111rR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。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速度-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：

1.00e*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计算最后阶段的静压云图如下：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速度云图如下：二：ConhusofVelocityMagnv56e-02433e-02JHe*02瑚说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、 问题、收获总结收获：1、初步了解了ICEMCFD和FLUENT的操作使用2、简单了解了卡门涡街现象例如：通过监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：监控升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,不会按时间间隔导出数据，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，