圆柱绕流成功算例.docx

一个世纪以来，圆柱绕流一直是众多理论分析，实验研究及数值模拟的对象。因为这种流动既有不固定的分离点，又有分离后的尾流和脱体涡。随着雷诺数的增加，尾流性质，脱体涡的形态有很大的变化，具有丰富的流动现象。

应观察到的物理现象

图 圆柱体的St（Strouhal数）随Re（Reynolds数）变化曲线/ u0 q+ C
以上数据是由A.Roshko、H.s.Ribner、B.Etkins和K.K.Nelly，E.F.Relt和L.F.G.Simmons，以及G.W.Jones等人测量得到。
注意观察圆柱体的St（Strouhal数）随Re（Reynolds数）的变化规律。St与特征长度、特征速度和特征频率（圆柱绕流：涡脱落的频率）有关。

圆柱体的阻力系数Cd随Reynolds数的变化曲线( l% ~1 O0 l# ], f/ e
图中实曲线是由Wieselsberger,A.Roshko 测量数据绘制得到。
注意观察圆柱体的阻力系数Cd随Reynolds数的变化规律及阻力危机现象。

湍流模型的选取
FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包。它具有丰富的物理模型，先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天，汽车设计，石油天然气，涡轮机设计等方面都有着广泛的运用。FLUENT提供的湍流模型包括：单方程（Spalart-Allmaras）模型双方程模型（标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、可实现(Realizable)κ-ε模型）及雷诺应力模型和大涡模拟。湍流模型种类如图所示。. f) y7 l, l8
图 湍流模型种类示意图# g3 Q, j2 p2 l+ b  F
0 u+ e9 D; S) c6 n7 d
注意！二维平面模型显示的湍流模式。注意没有大涡模型（LES）
三维平面模型显示的湍流模式。注意出现大涡模型（LES）

要使二维平面模型出现LES,需要如下操作。
在FLUENT屏幕上键入（rpsetvar 'les-2d?'#t）
屏幕会出现les-2d?, 然后回车即可

特别注意！/ w/ [7 n' L* T" z- e( `% X3 j, |
雷诺数大于100000后，二维平面模型，运用各种湍流模型(除LES外）计算，卡门涡街都将很难出现。建议此时建立三维模型，运用大涡模型（LES）进行计算。二维平面模型，运用大涡模型（LES）也能进行计算，但本人发现此时有涡脱落不对称的现象，与实际不大相符。
( @7 @  u0 _6 A. O- [) ?
网格的划分。1 v9 T$ H5 {: B
平面模型网格划分有各种方法，下面显示了两种方案（分块实现?）

三维模型网格图( q$ v5 s( [1 r+ t! ~* O

注意！3 [1 V7 y6 v' o# h2 ~
" ~% E' J9 a% @# C8 c+ B

时间步长的选取
注意！
一般应使一个周期内30到50步为宜。时间步长过短，导致计算时间过长，有时还可以导致计算不收敛。时间步长过长，流体的主要特征捕捉不完全。下图升力系数曲线中看出每个周期内大约计算了30步左右，比较合适。

下图显示时间步长取为0.05（可调整此参数，使一个周期内40步左右为宜）,每步的最大迭代数为40。

基本参数设定。
需要模拟卡门涡街及涡脱落现象，是非定常流动，因此在Time选项中选择非定长，在Unsteady Formulation选项中选择2nd-order Implicit时间的二阶隐式格式，以提高计算精度。

一般采用SIMPLEC算法，Second Order Upwind 迎风格式（LES一般采用中心差分格式），可以获得较高精度。

其它内容可参考我以前发的帖子。希望大家成功！

二
FLUENT仿真计算不同雷诺数下的圆柱绕流。尾迹与旋涡脱落经典图如下：1 B' I2 Y! u* Q* s4 N* U$ I
Re=1 无分离流动0 K: U: e7 C$ d& [7 t: C# u

Re=20  尾流中一对稳定的弗普尔旋涡$

Re=100 圆柱后方形成有规律的涡街

Re100000  随着Reynolds数增大，涡道内部向湍流过度，直到全部成为湍流

超临界区 ，分离点后移，尾流变窄，涡道凌乱，涡随机脱落

Re=10000000极超临界区 ， 分离点继续后移，尾流变窄，湍流涡道重新建立。

请问您是怎么确定雷诺数的？？
通过改变来流速度，或圆柱直径来控制雷诺数
# p# k- o- ]+ B* [
请问楼主，你显示的是流线图吗？有没有用专用的后处理软件，还就是fluent自带的？
第一个是流线图，后面的是涡量图，用FLUENT画出。

楼主与实验比较过阻力系数吗？
运用FLUENT计算的阻力系数是比较准确的。下图是我的计算结果与实验值的比较。
图3中实曲线是由Wieselsberger,A.Roshko以及G.W.Jones和J.J.Walker测量数据绘制得到，图中圆点部分是FLUENT计算值。# E& b, j4 W% O7 f" }( g( Y
在Re=106（超临界区），从经典数据和我们的计算结果都可以看到，圆柱体的平均阻力系数急剧下降。这是因为在Re=3×105附近，边界层流动由层流状态转变为湍流状态，虽然湍流边界层流动的摩擦阻力较层流边界层大，但它从物面的分离较晚，所以形成较小的尾流区。由于钝体绕流的阻力主要是压差阻力，所以此时物体的总阻力有了一个明显的下降。

请问您的圆柱扰流的计算边界条件以及初场是怎么设定的？还有对各个不同的Re数，您使用的是不同的湍流模型吗？5 n9 B1 m( R9 h' k我也计算过圆柱扰流，但跟实验值对不上，可以请教您一下吗？
入口VELOCITY_INLET,出口OUTFLOW，上下WALL。Re=1,20,100,二维层流模型。Re=3900后，三维大涡模型。/计算不准与网格划分与一些参数设置有关。

回答大家几个问题：: P2 d- `3 K! i/ b
1。圆柱中心离上下边界（wall)的距离大于10D(D为圆柱直径），影响较小。
2。湍流模型采用大涡模型（LES)。是目前最复杂，最完善的一种湍流模型。0 u9 O' z+ }' E$ f2 o+ `
3。试验曲线来自，《 Boundary-Layer Theory》, Dr.HERMANN SCHLICHTING, Translated by Dr.J.KESTIN,Seventh Edition，用MATLB绘制" w/ G! y( I. h: R& p
4.阻力系数的求法请参考此论坛我发的教程FLUENT三分立系数的求法。欢迎切磋。

大涡模型用CPU时间较多。圆柱绕流三维计算，30万网格，用大涡模型，2G内存奔4要计算4－5天才达到稳态。

回答大家几个问题。1 \, N- m8 B6 h3 p+ G8 [0 a
1涡街图的画法。

其中Min,Max,levels的数值需调整，以使图象达到好的效果，下图是涡街效果图。

reference的设置

关键是Length的设置，是迎凤面特征尺度。对于圆为直径大小。本图中为高度值。
涡街图换种颜色可能清楚些