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文档简介
1、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.三、 创建网格通过Ansys ICEM CFD进行
2、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。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: 计算最后阶段的静压云图如下: 速度云图如下:五、 问题、收获总结收获:1、 初步了解了
3、ICEM CFD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
4、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)。而卡门涡街就属于脉流动的一种。3、 该算例雷诺数等于200条件下,涡脱落的周期是25秒。4、 涡量是流体速度矢量的旋度,是
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