五.從卡門渦街看FLUENT設(shè)置依據(jù)
????之前我們計(jì)算過卡門渦街,但是很多設(shè)置并沒有說清楚為什么,今天我們來詳細(xì)解釋一下這些設(shè)置。
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? ? 首先1. 導(dǎo)入Mesh文件、2. General設(shè)置、3.?Check網(wǎng)格這三步都是順理成章,沒什么可說的。
? ??我們來說一說4. 瞬態(tài)設(shè)置,無論流體力學(xué)還是傳熱學(xué)里都有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài),所謂穩(wěn)態(tài)就是物體的狀態(tài)不隨著時(shí)間發(fā)生改變,比如說熱傳導(dǎo),如果壁面一側(cè)溫度為30℃,另一側(cè)為50℃,我們可以很容易的計(jì)算出來壁面最終的溫度分布是線性的,只要外界環(huán)境不變,那就永遠(yuǎn)是這樣一個(gè)溫度分布,這就是穩(wěn)態(tài)過程;但是在達(dá)到線性溫度分布之前,溫度需要擴(kuò)散(擴(kuò)散速度和熱擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)),隨著時(shí)間的流逝,溫度分布是變化的,這個(gè)過程就是瞬態(tài)過程,最終溫度分布會達(dá)到穩(wěn)定即穩(wěn)態(tài)。

? ? 那么是不是說任何過程都有穩(wěn)態(tài)呢?并不是這樣的,很多過程并不能穩(wěn)定下來,比如卡門渦街,渦的脫落隨著時(shí)間呈周期性變化。再比如水的蒸發(fā),隨著時(shí)間的推移,水的量一直在減少,因此這樣的過程就不是穩(wěn)態(tài)的,計(jì)算時(shí)只能用瞬態(tài)計(jì)算。即便是穩(wěn)態(tài),其前期也一定存在瞬態(tài)這樣一個(gè)過程。因此黑格爾說存在就是合理的,存在就是應(yīng)當(dāng)消亡的。萬物都是脆弱易逝的。
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? ??5.模型設(shè)置,這里保持默認(rèn)即沒有打開傳熱和湍流模型,這是因?yàn)槲覀冎豢紤]流體流動,不考慮傳熱現(xiàn)象,因此不必打開能量方程。至于為什么沒有打開湍流模型,實(shí)際上卡門渦街的形成同雷諾數(shù)Re有關(guān),當(dāng)Re為50~300時(shí),從物體上脫落的渦旋是有周期性規(guī)律的;當(dāng)Re>300時(shí)渦旋開始出現(xiàn)隨機(jī)性脫落;隨著Re的繼續(xù)增大,渦旋脫落的隨機(jī)性也增大,最后形成了湍流。

????這里我們之所以使用層流模型,是因?yàn)槲覀冊O(shè)置的進(jìn)口速度為1m/s,流體密度為1kg/m3,粘度為0.01kg/(m·s),圓柱直徑為0.1m,,因此為層流。
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6.?材料物性設(shè)置,之所以將流體的物性改變,是為了能夠更好的產(chǎn)生邊界層分離現(xiàn)象。邊界層分離有兩個(gè)必要的條件,一是流體有粘性,二是逆壓力梯度,因此將流體的粘度增大了很多,更容易出現(xiàn)效果。
7.?計(jì)算域保持默認(rèn),所謂計(jì)算域,是指計(jì)算的區(qū)域,我們這里只計(jì)算了流體區(qū)域,沒有固體區(qū)沒有計(jì)算,因此不必設(shè)置。如果需要計(jì)算圓柱的溫度分布,此時(shí)需要設(shè)置計(jì)算域,對應(yīng)的模型需要改變。邊界條件設(shè)置,很容易理解,其中將sym1和sym2設(shè)置為symmetry,是怕設(shè)置成wall,壁面無滑移會對渦的流動產(chǎn)生影響。
8.?初始化有兩種,第一種是混合初始化,根據(jù)模型系統(tǒng)給一個(gè)初始值,第二種是從邊界條件中選擇初始值。初始化并不會影響計(jì)算結(jié)果,但是會影響計(jì)算時(shí)間。
9.?動畫設(shè)置,只有在初始化之后,才能進(jìn)行動畫設(shè)置。所謂動畫,其實(shí)是將很多圖片拼接在一起。最上面一欄是動畫的個(gè)數(shù),中間的數(shù)字5,表示5個(gè)單位一張圖片,后面的Time Step表示以時(shí)間步作為一個(gè)單位,也可以以迭代步作為一個(gè)單位。

10.?單擊Solution Animations界面的define按鈕,按照如圖所示操作。左邊的Storage Type是存儲方式,In memory表示在內(nèi)存中存儲,這樣生成的圖片不會占用硬盤空間,但會占用內(nèi)存,且不能保存。中間的window表示窗口2.

11.?contours設(shè)置:選擇pressure,單擊display,顯示窗口界面會顯示壓力云圖。此處選擇什么物理量,最終的動畫就會顯示什么物理量。
12.?運(yùn)行計(jì)算,計(jì)算?unsteady flow 的時(shí)候,fluent 是從前一個(gè)時(shí)間算到下一個(gè)時(shí)間的,從這個(gè)意思上來就認(rèn)為是“time step”,一個(gè)時(shí)間接一個(gè)時(shí)間,而每個(gè)時(shí)間就相當(dāng)于一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),因此計(jì)算的時(shí)候需要 Max Iterations per Time Step,這個(gè)就像你在計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)候需要設(shè)置的一樣,在達(dá)到 iteration 次數(shù)之前收斂就完成這個(gè) time step,否則就算到所規(guī)定的次數(shù)。有關(guān) time step size 的設(shè)定。既然是一個(gè)時(shí)間接一個(gè)時(shí)間計(jì)算的,那就存在一個(gè)問題,兩個(gè)時(shí)間之間的間隔是多少?我個(gè)人經(jīng)驗(yàn)是比特征長度除以特征速度所得的時(shí)間小二 個(gè)量級或者更小,比如流體以入口速度1m/s要經(jīng)過1米的計(jì)算段,那么這個(gè)time step size就是 0.01 秒或者更小些。當(dāng)然這不是最終方案,fluent 中提供了一個(gè)調(diào)整的判斷依據(jù),在每個(gè)時(shí)間(time step) 計(jì)算的 Iterations 在 5-10 次是最理想的。
13.?最后的生成動畫,animations-Solution Animation Playback-write,表示將圖片拼接成了動畫。
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