一、问题描述 当流体(雷诺数为100)流过圆柱体会出现“涡流脱落”现象,本案例演示通过瞬态仿真可视化动态的涡流脱落行为(vortex shedding behavior)并使用快速傅里叶转换(FFT,Fast Fourier Transforms)特性来确定涡流脱落的频率; 二、网格划分 通过“Watertight”工作流导入模型,单位“m”; 添加“Body of Influence”局部加密尺寸函数定义; 生成面网格,保持默认最小和最大网格,曲率尺寸函数的“Normal Angle”设置成12; 描述几何体,更新边界和计算域; 在圆柱壁面附近添加15层边界层,设置第一层边界高度为0.02m,并自动填充多面体网格; 三、求解设置 保持默认压力基求解,瞬态计算,定义流体进口速度为1m/s,流体材料密度值1kg/m^3和粘度值0.01; 模型中圆柱直径为1m,雷诺数计算值为100,判断流体流动状态为“层流流动”; 离散算法选择“PISO”(相比于SIMPLE更容易收敛)和“Bounded Second order Implicit”有限二阶隐士形式(当时间精度-time accuracy 非常重要的情况建议使用); 注,瞬态仿真过程中激活“NITA”算法将有助于加速瞬态计算(约两倍加速较ITA scheme),适用于“PISO”和“Fractional-step”两种形式(NITA/FSM about 20% cheaper than NITA/PISO); 创建点point-7,并对其y方向上的平均速度值进行监测(Surface Report变量,激活Report plot选项在图形界面中显示监测曲线); 选择速度入口位置进行初始化操作,并创建“Region_0”区域“Patch”y方向初始速度为0.18m/s,为圆柱下游区域添加一个初始扰动(perturbation); 创建速度矢量图,查看计算域初始速度分布状态(初始状态下,圆柱下游区域速度矢量角约10°); 定义瞬态时间步长0.1s(共60s);工况雷诺数为100,斯特劳哈尔数(Strouhal number,描述振荡流体-oscillation flow机理的重要参数)约0.165,根据St=fD/V公式计算频率约0.165,周期为6.06s,确定瞬态时间步为0.1s(每个振动周期约60个时间步长); 速度监测曲线结果,约30s后具有稳定的周期循环; 四、后处理 创建速度矢量图“vector-scense”和压力云图“Pressure-scense”; 1、创建“mesh”网格 2、创建“速度矢量”图 3、创建“vector-scene”并进行显示 4、创建“pressure-scene”并进行显示 创建速度矢量动画和压力云图动画 自动保存case和dat结果文件; 计算完成,查看瞬态动画效果; 对监测点y方向速度平均值数据进行傅里叶变换,提取“vortex shedding frequency”-涡旋脱落频率(漩涡脱落为横向流诱导振动的主要原因之一,当卡曼漩涡脱落频率等于管子的固有频率时,管子便会发生剧烈的振动); 加载监测点y方向速度平均值输出文件,修改频率范围为0-1HZ; “功率谱密度”峰值即为涡旋脱落频率约0.167≈0.165HZ; ![]() |
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