Fluent卡門渦街：照著書做都失敗的“經驗”

2017-01-11 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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".

導入Fluent時用的是《Fluent技術基礎與應用實例》自帶光盤中的網格,按照書中的介紹把所有細節設置好,關鍵是求解器設置中的時間選項要選非定常(非穩態). 跑完迭代后根本沒有任何旋渦出現,后面出現的是一條帶狀陰影逐漸擴大。幾次努力后發現沒有在邊界面設置中把流體設置為水,還停留在空氣狀態冏。更正以后再跑,情況并沒有什么好轉,又是白跑了幾輪。

在google上搜別人的經驗,終于在豆丁的一篇文檔中看到一個細節: 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果! 就此順利跑出結果。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、時間步迭代次數什么的對結果影響并不大。(補充: 其實還是要根據St數、Re數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。

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。

看了一篇文章,新建了一個模型,只在圓柱近壁用小尺寸網格,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.如此講究的網格劃分,結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,可能要重新劃分網格.

網格圖

流場

網格重新劃分,讓每個網格長寬比不超過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。

設定監測點的時候,幾個點的監測值都相同,試過很多次,發現在定義點的時候,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。

計算完y+后決定重新劃分網格,因為想把網格尺寸從近壁的密集網格過渡到近區的較密和遠區的稀疏,使用了兩個邊界層,在每個邊界層最外層都利用過渡網格把網格尺寸放大.劃分過程中的經驗是:注意網格長寬比和相鄰網格面積的比例,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域和渦脫落的區域,按照這個區域分布定義近區和遠區并重新劃分網格;邊界層的沿壁面網格數應該按照過渡層的數量和比例來設定,比如要用1:3的比例設置3層過渡層,把網格寬度變成內層網格的27倍,在此段壁面劃分壁面網格時,應該是27的倍數。

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,只在圓柱后面產生陰影區,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設為湍流強度5%、湍流粘性比1,用0.002秒的步長(渦脫落周期0.26秒)后成功出現渦街.

最近在核對計算出的阻力和升力系數與文獻的一致性,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,基本可以確定邊界過渡層能夠減少網格總數,但如果位于近區會對結果產生影響.

最近在試層流模型,發現壓力和動量方程用一階算法能比二階算法產生更穩定和漂亮的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。

增加一個數據處理的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換成EXCEL的單元格,用VBA寫的,用于全周的壓力系數繪圖.不過為什么不能存附件呢? 沒辦法了. 靠壓力系數來檢測分離太辛苦,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里調整,網格顏色在幾何體操作頁面選“色輪”圖標更改。

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