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|五.從卡門渦街看FLUENT設置依據

|五.從卡門渦街看FLUENT設置依據

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之前我們計算過卡門渦街 ， 但是很多設置并沒有說清楚為什么 ， 今天我們來詳細解釋一下這些設置 。
首先1. 導入Mesh文件、2. General設置、3. Check網格這三步都是順理成章 ， 沒什么可說的 。
我們來說一說4. 瞬態設置 ， 無論流體力學還是傳熱學里都有穩態和瞬態 ， 所謂穩態就是物體的狀態不隨著時間發生改變 ， 比如說熱傳導 ， 如果壁面一側溫度為30℃ ， 另一側為50℃ ， 我們可以很容易的計算出來壁面最終的溫度分布是線性的 ， 只要外界環境不變 ， 那就永遠是這樣一個溫度分布 ， 這就是穩態過程；
但是在達到線性溫度分布之前 ， 溫度需要擴散（擴散速度和熱擴散系數有關） ， 隨著時間的流逝 ， 溫度分布是變化的 ， 這個過程就是瞬態過程 ， 最終溫度分布會達到穩定即穩態 。

圖1.熱傳導溫度擴散過程
那么是不是說任何過程都有穩態呢？并不是這樣的 ， 很多過程并不能穩定下來 ， 比如卡門渦街 ， 渦的脫落隨著時間呈周期性變化 。 再比如水的蒸發 ， 隨著時間的推移 ， 水的量一直在減少 ， 因此這樣的過程就不是穩態的 ， 計算時只能用瞬態計算 。
即便是穩態 ， 其前期也一定存在瞬態這樣一個過程 。 因此黑格爾說存在就是合理的 ， 存在就是應當消亡的 。 萬物都是脆弱易逝的 。
5.模型設置 ， 這里保持默認即沒有打開傳熱和湍流模型 ， 這是因為我們只考慮流體流動 ， 不考慮傳熱現象 ， 因此不必打開能量方程 。
至于為什么沒有打開湍流模型 ， 實際上卡門渦街的形成同雷諾數Re有關 ， 當Re為50～300時 ， 從物體上脫落的渦旋是有周期性規律的；當Re＞300時渦旋開始出現隨機性脫落；隨著Re的繼續增大 ， 渦旋脫落的隨機性也增大 ， 最后形成了湍流 。

 圖2.卡門渦街與雷諾數的關系
這里我們之所以使用層流模型 ， 是因為我們設置的進口速度為1m/s ， 流體密度為1kg/m3 ， 粘度為0.01kg/(m·s) ， 圓柱直徑為0.1m ，， 因此為層流 。
6. 材料物性設置 ， 之所以將流體的物性改變 ， 是為了能夠更好的產生邊界層分離現象 。 邊界層分離有兩個必要的條件 ， 一是流體有粘性 ， 二是逆壓力梯度 ， 因此將流體的粘度增大了很多 ， 更容易出現效果 。
7. 計算域保持默認 ， 所謂計算域 ， 是指計算的區域 ， 我們這里只計算了流體區域 ， 沒有固體區沒有計算 ， 因此不必設置 。 如果需要計算圓柱的溫度分布 ， 此時需要設置計算域 ， 對應的模型需要改變 。 邊界條件設置 ， 很容易理解 ， 其中將sym1和sym2設置為symmetry ， 是怕設置成wall ， 壁面無滑移會對渦的流動產生影響 。
8. 初始化有兩種 ， 第一種是混合初始化 ， 根據模型系統給一個初始值 ， 第二種是從邊界條件中選擇初始值 。 初始化并不會影響計算結果 ， 但是會影響計算時間 。
9. 動畫設置 ， 只有在初始化之后 ， 才能進行動畫設置 。 所謂動畫 ， 其實是將很多圖片拼接在一起 。 最上面一欄是動畫的個數 ， 中間的數字5 ， 表示5個單位一張圖片 ， 后面的Time Step表示以時間步作為一個單位 ， 也可以以迭代步作為一個單位 。

圖3.動畫操作
10. 單擊Solution Animations界面的define按鈕 ， 按照如圖所示操作 。 左邊的Storage Type是存儲方式 ， In memory表示在內存中存儲 ， 這樣生成的圖片不會占用硬盤空間 ， 但會占用內存 ， 且不能保存 。 中間的window表示窗口2.

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