用Fluent模擬卡門(mén)渦街由失敗到成功經(jīng)驗(yàn)

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

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

什么都不說(shuō)了,先上圖一張

用Fluent模擬卡門(mén)渦街的失敗經(jīng)驗(yàn) - 若海 - 若海

從這張圖上來(lái)看,模擬還是成功的,其中的波折可謂"山窮水盡疑無(wú)路,柳暗花明又一村".

導(dǎo)入Fluent時(shí)用的是<Fluent技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例>自帶光盤(pán)中的網(wǎng)格,按照書(shū)中的介紹把所有細(xì)節(jié)設(shè)置好,關(guān)鍵是求解器設(shè)置中的時(shí)間選項(xiàng)要選非定常(非穩(wěn)態(tài)). 跑完迭代后根本沒(méi)有任何旋渦出現(xiàn),后面出現(xiàn)的是一條帶狀陰影逐漸擴(kuò)大. 幾次努力后發(fā)現(xiàn)沒(méi)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(méi)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(yàn),終于在一篇文檔中看到一個(gè)細(xì)節(jié): 迭代時(shí)時(shí)間步長(zhǎng)不能太長(zhǎng),厘米級(jí)直徑的圓管,速度到0.1米級(jí)時(shí)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(dòng)量用Second Order Upwind,其他的迭代精度、時(shí)間步迭代次數(shù)什么的對(duì)結(jié)果影響并不大.

(補(bǔ)充: 其實(shí)還是要根據(jù)St數(shù)、Re數(shù)來(lái)計(jì)算理論渦脫落周期,取其1/20 - 1/100作為步長(zhǎng),3d另論)。在display-velocity-cell courant number能查看Courant數(shù)

以上劃線部分為重點(diǎn),希望對(duì)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(gè)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(wú)法形成渦街,尤其是圓柱上下邊緣的兩個(gè)渦一起脫落很讓人無(wú)言.還沒(méi)找到解決辦法,可能要重新劃分網(wǎng)格.

網(wǎng)格圖

流場(chǎng)

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網(wǎng)格重新劃分,讓每個(gè)網(wǎng)格長(zhǎng)寬比不超過(guò)2.然后渦街就出來(lái)了,不過(guò)Cd和Cl曲線還是0,猜猜為什么?因?yàn)槲覜](méi)勾選print來(lái)讓它們顯示出來(lái).....真夠傻的,還好只耽誤了3天時(shí)間.

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設(shè)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)候,幾個(gè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值都相同,試過(guò)很多次,發(fā)現(xiàn)在定義點(diǎn)的時(shí)候,鼠標(biāo)點(diǎn)選和坐標(biāo)輸入之間有沖突,最保險(xiǎn)的辦法是每次點(diǎn)選之后都把坐標(biāo)清零,以免各點(diǎn)重疊.

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計(jì)算完y+后決定重新劃分網(wǎng)格,因?yàn)橄氚丫W(wǎng)格尺寸從近壁的密集網(wǎng)格過(guò)渡到近區(qū)的較密和遠(yuǎn)區(qū)的稀疏,使用了兩個(gè)邊界層,在每個(gè)邊界層最外層都利用過(guò)渡網(wǎng)格把網(wǎng)格尺寸放大.劃分過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)是:注意網(wǎng)格長(zhǎng)寬比和相鄰網(wǎng)格面積的比例,避免劇烈的變動(dòng);可先用層流模型計(jì)算出大致的流場(chǎng)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(gè)區(qū)域分布定義近區(qū)和遠(yuǎn)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(guò)渡層的數(shù)量和比例來(lái)設(shè)定,比如要用1:3的比例設(shè)置3層過(guò)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(shí),應(yīng)該是27的倍數(shù).

采用增強(qiáng)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(méi)有渦脫落.無(wú)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(qiáng)度5%、湍流粘性比1,用0.002秒的步長(zhǎng)(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(duì)計(jì)算出的阻力和升力系數(shù)與文獻(xiàn)的一致性,試過(guò)RNG k-e和SST k-w,正如某些論文里所說(shuō),k-e比較適合流場(chǎng)分析,k-w的近壁表現(xiàn)更精準(zhǔn). 渦量圖漂亮嗎?中央隱約看的見(jiàn)邊界層過(guò)渡引起的渦量不連續(xù),基本可以確定邊界過(guò)渡層能夠減少網(wǎng)格總數(shù),但如果位于近區(qū)會(huì)對(duì)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(dòng)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(hào), 在分析幅度非定值的Cl或Cd曲線時(shí)(例如三維流場(chǎng))用RMS值來(lái)衡量比較合理。

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

在GAMBIT里把網(wǎng)格保存成圖片的時(shí)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(yè)面選“色輪”圖標(biāo)更改

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