卡门涡街的计算

卡门涡街的计算卡门涡街的计算现象简述粘性不可压的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列规则的双列线涡。开始时，这两列线涡分别保持自身的运动前进，接着它们互相干扰，互相吸引，而且干扰越来越大，形成非线性涡街。卡门涡街的形成与雷诺数有关，雷诺数为40-300时，脱落的涡旋有周期规律，雷诺数大于300，涡旋开始随机脱落，随着雷诺数的增大，涡旋脱落的随机性也增大，最后形成湍流。现通过二维圆柱绕流问题对涡街现象进行数值模拟。模型建立几何模型建立如下，数值计算中雷诺数为200，即入口速度为0.031m/s。圆柱...

卡门涡街的计算现象简述粘性不可压的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列规则的双列线涡。开始时，这两列线涡分别保持自身的运动前进，接着它们互相干扰，互相吸引，而且干扰越来越大，形成非线性涡街。卡门涡街的形成与雷诺数有关，雷诺数为40-300时，脱落的涡旋有周期规律，雷诺数大于300，涡旋开始随机脱落，随着雷诺数的增大，涡旋脱落的随机性也增大，最后形成湍流。现通过二维圆柱绕流问题对涡街现象进行数值模拟。模型建立几何模型建立如下，数值计算中雷诺数为200，即入口速度为0.031m/s。圆柱体半径为50mm.创建网格通过AnsysICEMCFD进行预处理，生成二维平面网格。观察发现，圆周周围网格较密，向外逐步变疏，同时圆周围有理想边界层。计算结果将所生成的网格导入FLUENT，检查网格质量合格后，通过二维求解器求解。因为模型设定雷诺数为200，所以选择层流模式进行流动模拟。默认空气为默认材料，并采用系统默认的物性参数。进一步定义边界条件，设置速度入口和出流边界。应用SIMPLE速度-压强关联算法，通过二阶迎风格式计算通量。初始化后，先进行基于压力的定常求解。而后将上一阶段求解结果作为之后非定常求解的初值进一步求解。求解结束后生成的涡量云图如下：计算最后阶段的静压云图如下：速度云图如下：问题、收获总结收获：初步了解了ICEMCFD和FLUENT的操作使用简单了解了卡门涡街现象例如：通过监视升力能看到升力系数随时间不断波动，且波动幅度在逐步增大，后来渐渐稳定。通过涡量云图看到了涡街的大致形态。并在定常计算过程中，观察到监控残差在不断的快速上下大幅度波动，且波动幅度越来越大。存在的问题：只能大体知晓软件操作流程，对其中的物理意义和数学方法还无法理解。对于计算所得的数据也是一头雾水软件使用并不熟练。例如：监控升力画出的曲线是可以以图片格式导出的（write）,可是我在一开始的操作过程中并没有这样做，导致最后找不到曲线图。最开始使用FLUENT，不会按时间间隔导出数据，导致最后只能显示第200个时间间隔的数据，最后不得不重新计算。像这样，还如诸多问题，有待解决。相关理论学习及遇到的问题雷诺数是表征粘性影响的物理量，其大小决定了粘性流体流动特性。雷诺数小于2000时，流体是层流，大于4000，为湍流，2000到4000之间为过渡阶段。周期性卡门涡街对应的雷诺数为40-300。除三类流动（准定常流动、流场变化速率很快的流动和流场变化速度极快的流动）外某些状态反复出现的流动也被认为是非定常流动，例如，脉流动（流场各点的平均速度和压强随时间周期性波动）。而卡门涡街就属于脉流动的一种。该算例雷诺数等于200条件下，涡脱落的周期是25秒。涡量是流体速度矢量的旋度，是描写旋涡运动常用的物理量。问题每次脱落的一对涡有哪些异同？涡是不是不能单独一个出现？涡的定义与结构是什么？

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