用Fluent模擬卡門渦街由失敗到成功經(jīng)驗

2016-08-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

fluent初學(xué)者經(jīng)常連卡門渦街都做不好,下面是用Fluent模擬卡門渦街由失敗到成功經(jīng)驗,值得參考:

什么都不說了,先上圖一張

從這張圖上來看,模擬還是成功的,其中的波折可謂"山窮水盡疑無路,柳暗花明又一村".

導(dǎo)入Fluent時用的是<Fluent技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實例>自帶光盤中的網(wǎng)格,按照書中的介紹把所有細節(jié)設(shè)置好,關(guān)鍵是求解器設(shè)置中的時間選項要選非定常(非穩(wěn)態(tài)). 跑完迭代后根本沒有任何旋渦出現(xiàn),后面出現(xiàn)的是一條帶狀陰影逐漸擴大. 幾次努力后發(fā)現(xiàn)沒有在邊界面設(shè)置中把流體設(shè)置為水,還停留在空氣狀態(tài)冏. 更正以后再跑,情況并沒有什么好轉(zhuǎn),又是白跑了幾輪.

在網(wǎng)絡(luò)上搜別人的經(jīng)驗,終于在一篇文檔中看到一個細節(jié): 迭代時時間步長不能太長,厘米級直徑的圓管,速度到0.1米級時0.1秒以下比較容易出結(jié)果! 就此順利跑出結(jié)果.

壓力-速度耦合用的SIMPLEC,離散壓力用Second Order,動量用Second Order Upwind,其他的迭代精度、時間步迭代次數(shù)什么的對結(jié)果影響并不大.

(補充: 其實還是要根據(jù)St數(shù)、Re數(shù)來計算理論渦脫落周期,取其1/20 - 1/100作為步長,3d另論)。在display-velocity-cell courant number能查看Courant數(shù)

以上劃線部分為重點,希望對其他在層流模型下模擬不出渦街的人有所幫助.

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看了一篇文章,新建了一個模型,只在圓柱近壁用小尺寸網(wǎng)格,1D距離以外逐漸增大,從近壁的0.5mm到上下邊緣的5mm,出口處10mm.如此講究的網(wǎng)格劃分,結(jié)果竟然是無法形成渦街,尤其是圓柱上下邊緣的兩個渦一起脫落很讓人無言.還沒找到解決辦法,可能要重新劃分網(wǎng)格.

網(wǎng)格圖

流場

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網(wǎng)格重新劃分,讓每個網(wǎng)格長寬比不超過2.然后渦街就出來了,不過Cd和Cl曲線還是0,猜猜為什么?因為我沒勾選print來讓它們顯示出來.....真夠傻的,還好只耽誤了3天時間.

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設(shè)定監(jiān)測點的時候,幾個點的監(jiān)測值都相同,試過很多次,發(fā)現(xiàn)在定義點的時候,鼠標點選和坐標輸入之間有沖突,最保險的辦法是每次點選之后都把坐標清零,以免各點重疊.

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計算完y+后決定重新劃分網(wǎng)格,因為想把網(wǎng)格尺寸從近壁的密集網(wǎng)格過渡到近區(qū)的較密和遠區(qū)的稀疏,使用了兩個邊界層,在每個邊界層最外層都利用過渡網(wǎng)格把網(wǎng)格尺寸放大.劃分過程中的經(jīng)驗是:注意網(wǎng)格長寬比和相鄰網(wǎng)格面積的比例,避免劇烈的變動;可先用層流模型計算出大致的流場分布,找出壓力梯度密集的區(qū)域和渦脫落的區(qū)域,按照這個區(qū)域分布定義近區(qū)和遠區(qū)并重新劃分網(wǎng)格;邊界層的沿壁面網(wǎng)格數(shù)應(yīng)該按照過渡層的數(shù)量和比例來設(shè)定,比如要用1:3的比例設(shè)置3層過渡層,把網(wǎng)格寬度變成內(nèi)層網(wǎng)格的27倍,在此段壁面劃分壁面網(wǎng)格時,應(yīng)該是27的倍數(shù).

采用增強壁面處理后,湍流模型的圓柱繞流渦街模擬不成功,只在圓柱后面產(chǎn)生陰影區(qū),但是沒有渦脫落.無論k-e和k-omega都不行,按照論壇里的建議,把入口和出口的湍流參數(shù)設(shè)為湍流強度5%、湍流粘性比1,用0.002秒的步長(渦脫落周期0.26秒)后成功出現(xiàn)渦街.

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最近在核對計算出的阻力和升力系數(shù)與文獻的一致性,試過RNG k-e和SST k-w,正如某些論文里所說,k-e比較適合流場分析,k-w的近壁表現(xiàn)更精準. 渦量圖漂亮嗎?中央隱約看的見邊界層過渡引起的渦量不連續(xù),基本可以確定邊界過渡層能夠減少網(wǎng)格總數(shù),但如果位于近區(qū)會對結(jié)果產(chǎn)生影響.

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最近在試層流模型,發(fā)現(xiàn)壓力和動量方程用一階算法能比二階算法產(chǎn)生更穩(wěn)定和漂亮的Cl曲線,這倒是很想不到,還需要研究.

EXCEL中均方根(RMS)的算法 =SQRT(SUMSQ(A1:A2)/COUNTA(A1:A2)) 真折騰,用法是吧A1:A2換成需要求均方根的單元序號, 在分析幅度非定值的Cl或Cd曲線時(例如三維流場)用RMS值來衡量比較合理。

增加一個數(shù)據(jù)處理的EXCEL,可以把同個文件夾里的所有.xy文件逐列讀進EXCEL,插入空白列以及把文本轉(zhuǎn)換成EXCEL的單元格,用VBA寫的,用于全周的壓力系數(shù)繪圖.不過為什么不能存附件呢? 沒辦法了. 靠壓力系數(shù)來檢測分離太辛苦,要判斷拐點,還是Skin Friction Coefficient直接找0值點方便,不過Cp還是要弄的. 基壓(base pressure)指的是阻礙體后駐點壓力(沒后駐點的就取最下游邊緣).

在GAMBIT里把網(wǎng)格保存成圖片的時候背景顏色和幾何體顏色可以在edit - default - graphic里調(diào)整,網(wǎng)格顏色在幾何體操作頁面選“色輪”圖標更改

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