拉瓦尔喷管FLUENT模拟.pdf

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1、一 收缩-扩张喷管实例1.1 问题描述一 收缩-扩张喷管实例1.1 问题描述本节内容主要依托收缩-扩张喷管内的流动计算展开。喷管外形如图 1-1 所示，A 为沿轴圆形截面面积，喷管的外形尺寸满足如下条件（单位：m）：21 . 0xA5 . 05 . 0x 计算求解时可以将模型琪简化为二维轴对称问题，边界条件为：入口压力Pm=101325Pa,入口总温 Ti0=300K，出口静压 P0=3738.9Pa。图 1-1喷管几何示意图1.2 创建几何模型1.2 创建几何模型（1）设定工作目录FileChange Working Dir，选择文件存储路径。（2）创建 Point，如图 1-2 所示。St

2、ep 1Step 1 通过输入坐标的方法创建 P_1、 P_2。 选择 Geometry 标签栏中的，单击，选择 Create 1 point（创建一个点），输入 P_1 的坐标，单击 Apply按钮确定，如图 1-3 所示。P_2 创建方法与之相似，坐标为（0.5,0,0）。Step 2Step 2 创建点集 3。因为横截面积为21 . 0xA，因此沿 X 轴方向半径的函数为：5 . 02/ )1 . 0()(xxR。单击，在 Explicit Locations 下拉菜单中选择 Create Multiple points，按照如图 1-4 所示输入数据，单击 Apply 按钮确定。单击

3、Apply 按钮确定。图 1-3创建 P_1图 1-4创建点集 3（3）创建 Curve，如图 1-5 所示。图 1-5创建 Curve 结果图Step 1Step 1 选择 Geometry 标签栏，单击创建 Curve。如图 1-6 所示，单击，再单击，依次选择点集 3 中的各点连成曲线，创建 C_4。Step 2Step 2 采用 Step1 的方法创建其余三条 Curve。（4）定义 Part。ICEM 中定义 Part 的名称将会是导出网格后边界的名称， 可以简化在求解器中定义边界条件的过程。同时在非结构化网格生成过程中，合理定义 Part 还便于定义网格尺寸。 Part 中的元素可

4、以是 Point、 Curve、 Surface， 也可以是 Block或网格。但任意一个元素，如一条 Curve，只能存在于一个 Part，不能同时存在于两个不同的 Part。对于二维问题， 计算边界即为 Curve； 对于三维问题， 计算边界为 Surface。在该计算实例中，边界条件主要由以下几个构成；入口（IN）；出口（OUT） ；壁面（WALL）；对称轴（AXIS）。在定义 Part 时也应根据这四个主要的边界进行定义。图 1-6创建 Curve 结果图Step 1Step 1 定义入口的 Part。右击模型树 ModelParts，选择 Create Parts，如图 1-7 所示

5、。进入到创建 Part 的窗口，如图 1-8 所示。输入想要定义的 Part名：IN，单击选择几何元素，单击选择 C_1，中键确定，此时 C_1 颜色将自动改变。图 1-7进入创建 Part 的操作界面图 1-8创建入口 Part 的操作Step 2Step 2 采用 Step1Step1 中的方法，依次定义其余的 Part。定义对称轴 Part 名为 AXIS，选择 C_2。定义出口 Part 名为 OUT，C_3。定义壁面 Part 名为 WALL，C_4。定义 POINT 的 Part 名为 POINT，选择所有的 Point，如图 1-9。图 1-9仅允许选择 Point 的操作Ste

6、p 3Step 3 观察创建 Part 是否正确。创建 Part 完成后，如图 1-10 所示模型树将会有所变化，Part 目录下新增了创建的 Part。取消 IN 的显示，查看几何模型上 C_1 是否会消失，若消失，则说明创建 Part成功，可通过相同的方法检验其余 Part 是否创建成功。若某个 Part 创建时漏选了线，如 WALL 创建时漏选了 C_4,右击模型树 ModelPartWALL,选择 Add to Part,如图 1-11 所示。 与 Step1Step1 操作相同， 选择 C_4，确定即可。图 1-10 创建 Part 完成后模型树的变化图 1-11Add to Par

7、t 的操作（5）创建 Surface在二维问题中Surface是必需的， 我们可以这样认为， 二维问题中的Surface提供了网格数据的一个指针，如果这个指针不存在，求解器就不能读取其他网格节点的数据。在三维问题中，Surface 的存在必须保证模型的封闭，即无孔、裂缝等，否则不能成功生成网格。同时在使用多块方法生成结构化网格过程中，合理创建 Face 到 Surface 的映射可以显著减少工作量，希望读者在后面的学习中体会。ICEM 提供多种生成 Surface 的方法，如根据 Point 或 Curve 创建；、拉伸 Curve 创建；旋转 Curve 创建；根据多条 Curve 创建型面

8、；偏执面创建；创建两个面的中面；分割 Surface；合并 Surface 等。本节主要采用方法创建 Surface。选择 Geometry 标签栏，单机进入创建面的操作。Step 1Step 1 创建 Surface。如图 1-12 所示，单击，在 Method 的下拉菜单中选择 From 2-4 Curve，通过 Curve 创建 Surface。Tolerance 保持为默认值，单机，依次选择 C_1、C_2、C_3、C_1、C_4，单击中键确定，结果如图 1-13所示。图 1-12创建 Surface图 1-13Surface 创建结果Step 2Step 2 定义 Surface 的

9、 Part。操作与定义 Curve 的 Part 方法相同，定义Part 名为 SUR，选择 Step 1Step 1 中创建的 Surface。创建完成后观察模型树 ModelPart 的变化，通过取消 SUR 显示的方法观察是否创建成功。Step 3Step 3 保存几何模型。FileGeometrySave Geometry As，保存当前的几何模型为 Nozzle.tin。1.3 定义网格参数1.3 定义网格参数（1）定义全局网格参数。主要是定义网格的全局尺寸，影响壳/面网格、体网格、棱柱边界层网格的太小。在标签栏中选择 Mesh，单击进入定义网格全局参数操作。Step 1Step 1

10、 定义网格全局尺寸。如图 1-14 所示，单击，定义 Scale factor为 1，勾选 Display 复选框，Max element 值为 0.03，勾选 Display 复选框，其他选项保持默认值，单击 Apply 按钮。图 1-14定义网格全局尺寸Step 2Step 2 定义全局壳网格参数。如图 1-15 所示，单击，定义网格类型为All Tri，定义网格生成方法为 Patch Dependent,其他参数保持默认值，单击Apply 按钮。图 1-15定义全局壳/面网格参数（2）定义 Part 的网格尺寸。在不同的 Part 定义不同的网格尺寸。对计算结果影响较大的区域定义较小的网

11、格尺寸，对计算结果影响较小的区域可以定义较大的网格尺寸。这样既可以保证计算精度，同时又可以减小网格规模，提高数值计算效率。在标签栏中选择 Mesh,单击进入定义 Part 网格尺寸操作。如图 1-16 所示，勾选 Apply inflation parameters to curves 复选框，允许生成二维边界层网格。定义 SUR 的网格参数，Max Size=0.02；定义 WALL的网格参数：单击 Prism，Max Size=0.02，Height Ratio=1.2，Num Layers=5，单击 Apply 按钮确定。图 1-16定义 Part 网格尺寸1.4 生成网格1.4 生成网

12、格Step 1Step 1 生成网格。选择标签栏中的 Mesh，单击。如图 1-17 所示，在弹出的数据输入窗口中单击，其余参数设定保持为默认，单击 Compute 按钮生成网格，如图 1-18 所示。图 1-17生成壳/面网格图 1-18生成网格示意图观察生成的网格，发现在图 1-18 所示的两个角点处没有生成理想的边界层网格。分析该网格形状可知，是由于 C_1 和 C_3 上节点分布不合理造成的。下面将调整两条 Curve 上的节点分布。Step 2Step 2 调整网格。取消模型树 ModelMesh 的勾选，隐藏 Mesh，采用类似的操作隐藏 Point、Surface 和 Body，

13、仅显示 Curve，便于观察操作。如图 1-19所示，右击 ModelGeometryCurve，在弹出的对话框中选择 Curve NodeSpacing 和 Curve Element Spacing,显示 Curve 上的节点数和节点分布情况，显示结果如图 1-20 所示。图 1-19显示 Curve 的节点分布情况图 1-20初始节点分布情况显示观察图 1-20， 定义了网格参数的 C_4 有明确的网格节点数和网格分布情况。其他的 Curve 的节点分布不明确，按照 Surface 的网格尺寸自由分析，这就导致了 C_1 和 C_3 上节点分布不合理。选择 Mesh 标签栏，单击，定义具

14、体 Curve 的网格尺寸。在图 1-21 所示的数据输出窗口中，在 Method 下拉菜单中选择 General；单击选择 C_1，定义 Number of nodes=34，即节点数为 34，单击 Apply 按钮，观察节点分布情况；在 Bunching 下拉菜单中选择 BioGeometric，勾选 Curve Direction 复选框，定义 Spacing1=0.005，Ratio1=1.4，单击 Apply 按钮确定，完成对 C_1 网格参数的定义。采用同样的参数定义 C_3 的网格尺寸。此时，节点分布情况如图 1-22所示。图 1-21定义 C_1 的网格尺寸图 1-22定义完成

15、后的节点分布情况采用 Step 1Step 1 的操作再次生成网格，如图 1-23 所示。图 1-23修改后的网格示意图Step 3Step 3 检查网格质量。选择 Edit Mesh 标签栏，单击，如图 1-24 所示，在 Mesh type to check 栏中选择 TRI_3 和 QUAD_4，检查三角形和四边形网格单元；在 Element to check 中选择 All，检查所有的网格单元，在 Criterion 下拉菜单中选择 Quality 作为质量好坏的评判标准，单击 Apply 按钮确定，网格质量如图 1-25 所示。图 1-24检查网格质量的操作图 1-25网格质量1.5

16、 导出网格1.5 导出网格Step 1Step 1 FileMeshSave Mesh As，保存当前的网格文件为 Nozzle.uns。Step 2Step 2 在标签栏中选择 Output，单击选择求解器。本书中将以 FLUENT作为求解器讲解，因此在弹出对话框中的 Output Solver 下拉菜单中选择 ANSYSFluent，单击 Apply 按钮确定，如图 1-26 所示。Step 3Step 3 在 ICEM 中还可以定义计算边界条件类型，在标签栏中选择 Output，单击即可进行。但是该操作仅能定义边界条件的类型，而不能定义具体的数值，如速度入口的速度值和方向等，因此笔者建议

17、在求解器中定义边界条件。图 1-26选择求解器Step 4Step 4在标签栏中选择 Output，单击，保存 fbc 和 atr 文件为默认名，在弹出的对话框中单击 No 按钮，不保存当前项目文件，在随后弹出的窗口中选择 Step1Step1 中保存的 Nozzle.uns。随后弹出如图 1-27 所示的对话框，在 Griddimension 栏中选中 2D，即输出二维网格；可以在 Output file 栏内修改输出的路径和文件名，将文件名改为 Nozzle，单击 Done 按钮导出网格。此时可在Output file 栏所示的路径下找到 Nozzle.msh。图 1-27输出网格1.6

18、喷管数值计算及后处理1.6 喷管数值计算及后处理FLUENT 的计算包括以下几个基本步骤：读入网格、定义求解模型、定义边界条件、初始化流场、迭代计算、后处理。Step 1Step 1 定义网格。打开 Fluent，选择二维求解器。FileReadMesh，选择生成的网格 Nozzle.msh。GeneralCheck，检查网格质量，注意 Minimum Volume 应大于 0。GeneralScale，定义网格单位。在 Mesh Was Created In 下拉列表中选择 m，单击 Scale 按钮。Step 2Step 2 定义求解模型。GeneralSolver，选择 Axisymme

19、tric，选择二维轴对称基于压力隐式稳态求解器。Models Energy Edit，该流动问题为可压缩流动，因此勾选 EnergyEquation。Models Viscous Edit， 选择湍流模型。该流动问题雷诺数较大，可以忽略粘性力对流动的影响，因此在弹出的 Model 对话框中选择 Inviscid。Materials air Create/Edit，定义材料。在 Density 下拉菜单中选择 ideal-gas,单击 Change/Create，单击 Close 按钮退出。Boundary Conditions Operating Conditions，定义工作条件，在本例中，

20、边界条件给定值均为绝对压力，因此为了便于设置边界条件，在 OperatingPressure 栏内输入 0；又本例中流体流动受重力影响较小，因此不勾选 Gravity复选框，单击 OK 退出。Step 3Step 3 定义边界条件。单击 Boundary Conditions，定义边界条件。（1）定义对称轴。 在 Zone 栏中选择 axis,在 Type 栏中选择 axis 的边界条件类型。（2）定义入口。在 Zone 栏中选择 in，在 Type 栏中选择 pressure-Inlet的 边 界 条 件 , 在 弹 出 的 对 话 框 中 ， 单 击 Momentum, 定 义 Gauge

21、 TotalPressure=101325（pa），Supersonic/Initial Gauge Pressure=9000（pa），单击 Thermal,定义 Total Temperature=300(K)，单击 OK 按钮确定。（3）定义出口。 在 Zone 栏中选择 out， 在 Type 栏中选择 pressure-outlet的 边 界 条 件 , 在 弹 出 的 对 话 框 中 ， 单 击 Momentum, 定 义 GaugePressure=3738.9(pa)，单击 Thermal,定义 Total Temperature=300(K)，单击OK 按钮确定。（4）定义壁

22、面。在 Zone 栏中选择 wall，在 Type 栏中选择 wall 的边界条件,保持为默认值。单击 OK 按钮确定。（5）定义流体域材料。单击 Cell Zone Conditions,在 Zone 栏中选择 sur，在 Type 栏中选择 fluid,在弹出的对话框中查看确定 Material Name 为 Step2Step2中定义的材料，单击 OK 按钮确定。Step 4Step 4 初始化和计算。单击 Reference Values，在 Compute From 栏中选择 in。（1）定义收敛条件。Monitors Residuals Edit，确保 Plot 为勾选状态，设定各

23、个参数的收敛残差值为 1e-5，单击 OK 按钮确定。如图1-28 所示。图 1-28收敛条件设置（2）定义监视器。MonitorsSurface MonitorsCreate，勾选 Plot，在Report Type 下拉列表中选择 Mass Flow Rate，在 Surfaces 栏中选择 out，监测出口处的流量变化，单击 OK 按钮确定。（3）调整松弛因子。单击 Solution Controls，将 Momentum 调整为 0.5，Energy 和 Temperature 均调整为 0.9，其他保持为默认。（3）初始化流场。Solution InitializationIniti

24、alize。(4)单击 Run Calculation，在 Number of Iterations 栏中输入 500，单击 Calculate，开始迭代计算。大概迭代 200 步后结果收敛，图 1-29 所示为其残差变化情况，如图 1-30 所示，出口流量趋于稳定，可以判断计算已经收敛。图 1-29残差变化情况图 1-30出口流量变化情况Step 5Step 5 后处理。DisplayViews 在 Mirror Planes 栏中选择 axis，单击 Apply 按钮。（1）显示云图。Graphics and AnimationsContoursSet Up，在 Option栏中勾选 Fi

25、lled，在 Contours of 栏中选择 Static Pressure，显示静压云图，单击 Display，如图 1-31 所示。分别选择 Velocity Magnitude 和 StaticTemperature,依次显示速度标量、静温云图，如图 1-32 所示。图 1-31静压云图（单位：Pa）(a)速度标量图（单位：m/s）(b)静温云图（单位：K）图 1-32云图分布Step 1Step 1 显示流线图。Graphics and AnimationsPathlinesSet Up，在Style 栏中选择 line-arrows；单击 Attributes，定义 Scale=0

26、.05，设定箭头大小；在 Path Skip 栏中输入 2，在 Release From Surfaces 栏中选择 in，单击 Compute 按钮，单击 Display 按钮，得到如图 1-33 所示的流线图。图 1-33流线图（3）显示壁面的对称轴沿 X 方向马赫数的分布。PlotsXY PlotSet Up，在 Plot Direction 栏中定义 X=1，Y=0，即定义 X 轴方向；在 Y Axis Function栏中选择 Mach Number；在 Surface 栏中选择 axis 和 wall；如图 1-34 所示，单击 Plot 按钮，显示结果如图 1-35 所示。图 1

27、-34显示马赫数设置图 1-35沿 X 方向的 Ma 分布二 卡门涡街实例2.1 问题描述二 卡门涡街实例2.1 问题描述流体流过非线型物体时，在特定条件下，流体尾流左右两侧出现成对的、交替出现的、方向相反的漩涡。这种现象因美国空气动力学家奥多冯卡门最先从理论上阐明而得名卡门涡街。卡门涡街是自然界的流动常见现象，如风绕过桥梁、烟囱等。卡门涡街使得阻流体左右两侧压力随时间变化，使其发生震动。根据涡街脱落频率与来流速度成正比的性质制成了涡街流量计。本节将通过研究二维圆柱绕流问题对涡街现象进行数值模拟，重点讲解非结构二维平面网格的生成，希望读者对二维非结构网格的生成过程和方法有进一步的认识。通过数值

28、计算验证网格的正确性，几何模型如图 2-1 所示。数值计算中取雷诺数为 200，即入口速度为 0.031m/s。图 2-1圆柱绕流几何模型2.2 创建几何模型2.2 创建几何模型（1）设定工作目录。FileChange Working Dir，选择文件存储路径。（2）创建 Point，如图 2-2 所示。选择 Geometry 标签栏中的进入创建Point 的操作。图 2-2创建点线示意图Step 1Step 1 根据坐标（0,0,0）创建 P_5。如图 2-3 所示，单击，定义坐标值 X=0，Y=0，Z=0，单击 Apply 按钮确定。Step 2Step 2 根据增益值创建 P_2。 选择

29、 Geometry 标签栏中的进入创建 Point的操作，单击，定义 DX=-600，DY=500，如图 2-4 所示，单击选择 P_5，中键确定。图 2-3创建 P_5Step 3Step 3 采用 Step 2Step 2 中的方法定义其他 Point。 其偏移量设置如表 2-5 所示，参考点取 P_5。表 2-5偏移量设置PointDXDY1-600-5003-150-1504-1501506150-150715015081200-15091200150101600-500111600500（1）创建 Curve， 选择 Geometry 标签栏， 单击进入创建 Curve 的操作。St

30、ep 1Step 1 在弹出的数据输入窗口中单击，依次选择 P_1 和 P_2，中键确定，创建 C_1-2。Step 2Step 2 采用 Step 1Step 1 中的方法，依次创建如图 2-6 所示其余的 Curve。Step 3Step 3 创建圆的 Curve。如图 2-7 所示，单击，勾选 Radius 复选框，定义半径为 50；单击，首先选择圆心 P_5，然后在附近随意拾取两点，创建圆的 Curve。图 2-7创建圆的 Curve(4)创建 Surface。选择 Geometry 标签栏，单击进入创建面的操作。根据网格尺寸的不同创建 3 个不同的 Surface：S_1、S_2、S

31、_3。Step 1Step 1 创建大的 Surface。如图 2-8 所示，单击，在 Method 下拉菜单中选择 From 4 Points，单击，依次选择 P_1、P_2、P_11、P_10，中键确定。Step 2Step 2 分割 Step1Step1 生成的的 Surface。如图 2-9 所示，单击，在 Method下拉菜单中选择 Curve，单击，选择 Step 1Step 1 创建的 Surface 为待分割的面，中键确定，单击选择 C_3-4、C_4-7、C_7-9、C_9-8、C_8-6、C_6-3，中键确定。此时将 Surface 分为内外两个部分，其中外部的 Surfa

32、ce 即为 S_1。Step 3Step 3 采用 Step2Step2 中的方法，选择内部的 Surface 为待分割的 Surface，以 C_6-7 为分割线。分割内部 Surface 为左右两部分，其中内部右侧的 Surface即为 S_3。Step 4Step 4 采用 Step2Step2 中的方法，选择内部左侧的 Surface 为待分割的Surface，以圆的 Curve 为分割线分割面。分割完成后，删除圆内部 Surface，此时内部左侧的 Surface 即为 S_2。图 2-8根据 4 点创建面图 2-9分割 Surface（6）创建 Part。Step 1Step 1

33、定义 Surface 的 Part。定义外部的 Surface 的 Part 为 SUR_OUT，定义内部左侧圆附近 Surface 的 Part 为 SUR_CIR，定义内部右侧的 Surface 的Part 为 SUR_RIG。定义完成后查看模型树的变化，检查 Part 定义是否成功。Step 2Step 2 删除所有的 Curve 和 Point。选择 Geometry 标签栏，单击。如图 2-10 所示，单击，按键盘中的 A 键(要在英文输入法情况下)，删除所有的 Point；单击 Geometry 标签栏中的，同法删除所有的 Curve。删除模型树中默认 GEOM 的 Part。图

34、2-10删除 PointStep 3Step 3 创建几何模型拓补。选择 Geometry 标签栏，单击进入修改几何的操作。如图 2-11 所示，在弹出的对话框中单击，其余保持默认设置，单击 Apply 按钮，生成新的 Curve 和 Point。图 2-11创建几何模型拓扑结构Step 4Step 4 创建 Curve 的 Part。右击模型树 ModelPartsCreate Part,如图 2-12 所示，在 Part 栏中输入名称 IN，选择，单击选择 C_1-2，中键确定。采用相同的方法定义其他的 Part。Part 和 Curve 的对应关系如表 2-13所示。创建完成后观察模型树

35、 Modelpart 的变化。图 2-12创建入口 Part表 2-13创建 Curve 的 PartPartCurveINC_1-2OUTC_10-11WALL_CIRC_5(圆的 Curve)WALLC_1-10、C_2-11INTER其余 CurveStep 5Step 5 保存几何文件。FileGeometrySave Geometry As，保存当前的几何文件为 Vertex.tin。2.3 定义网格参数2.3 定义网格参数（1）定义网格全局参数。选择 Mesh 标签栏，单击定义网格全局参数。Step 1Step 1 定义网格全局尺寸。如图 2-14 所示，单击，定义 scalefa

36、ctor=1.0，max element=50,其余参数保持为默认，单击 Apply 按钮确定。图 2-14定义网格全局尺寸Step 2Step 2 定义壳网格全局参数。如图 2-15 所示，单击，定义 Mesh Type为 Quad Dominant，Mesh Method 为 Patch Dependent，其余参数保持为默认，单击 Apply 按钮确定。图 2-15定义网格全局参数Step 3Step 3 定义不同 Part 的网格参数。 选择 mesh 标签栏， 单击， 如图 2-16所示，定义 SUR_CIR 的 Max Size=2；SUR_OUT 的 Max Size=30；SU

37、R_RIG 的 MaxSize=4。在 WALL_CIR 的外侧生成边界层网格如图所示，勾选 Apply inflationparameters to curves 复选框，单击 Apply。图 2-16定义 Part 网格尺寸Step 4Step 4 保存几何文件。非结构化网格参数保存在几何文件中，因此有必要在网格参数设定好后重新保存几何文件。2.4 生成网格并导出2.4 生成网格并导出（1）生成网格。Step 1Step 1 生成网格。选择 Mesh 标签栏，单击。如图 2-17 所示，在弹出的数据窗口中单击。其余参数设定保持为默认，单击 Compute 按钮生成网格。网格生成结果如图 2

38、-18 所示。我们观察网格可以发现，在圆周周围网格较密，向外逐渐变疏。同时在周围有理想的边界层。图 2-17生成壳/面网格图 2-18网格示意图Step 2Step 2 保存网格。FileMeshSave Mesh As，保存生成的网格为 Vertex.uns。（2）导出网格。Step 1Step 1 选择求解器。选择 Output，单击。如图 2-19 所示，选择 ANSYSFluent 作为求解器，单击 OK 确定。图 2-19选择求解器Step 2Step 2 导出网格。在标签栏中选择 Output，单击，保存 fbc 和 atr 文件未默认名，在弹出的对话框中单击 No 按钮不保存当前

39、项目文件，在随后弹出的窗口选择 Step1Step1 中保存的 Vertex.uns。随后弹出如图 2-20 所示的对话框，在Grid dimension 栏中选择 2D，即输出二维网格；在 Output file 栏内修改文件名为 Vertex，单击 Done 按钮导出网格，此时可在 Output file 栏所示的路径下找到 Vertex.msh。图 2-20导出网格2.5 圆柱绕流数值计算及后处理2.5 圆柱绕流数值计算及后处理下面将通过数值计算检验我们所生成的网格是否满足计算要求。Step 1Step 1 定义网格。启动 FLUENT。打开 FLUENT，选择二维求解器。读入网格。Fi

40、leReadCase，选择生成的网格 Vertex.msh。检查网格。GeneralCheck，检查网格质量，注意 Minimum Volume 应大于0。定义网格单位。GeneralScale，在 Mesh Was Created In 下拉列表中选择 mm，单击 Scale 按钮。Step 2Step 2 定义求解模型。定义求解器。 GeneralSolver， 选择默认的二维基于压力隐式稳态求解器。如图 2-21 所示。图 2-21求解器定义粘性模型。Models Viscous Edit， 因为这里涉及的流动雷诺数为 200，因此在弹出的 Model 对话框中选择 Laminar,单击

41、 OK 确定。定义材料。Materials air Create/Edit，选择默认的 air，,单击Change/Create，单击 Close 按钮退出。定义工作条件 。Boundary Conditions Operating Conditions，定义工作条件，在本例中，Operating Pressure=101325；又本例中流体流动受重力影响较小，因此不勾选 Gravity 复选框，单击 OK 确定。Step 3Step 3 定义边界条件。（1） 单击 Cell Zone Conditions， 定义流场域。 在 Zone 栏中选择 sur_cir,在 Type 栏中选择 flu

42、id，单击 OK 按钮选择默认的空气作为计算域流体。采用相同的方法定义 sur_out 和 sur_rig。单击 Boundary Conditions，定义边界条件。（2）定义入口边界条件。在 Zone 栏中选择 in，在 Type 栏中选择velocity-inlet,在弹出的对话框中，单击 Momentum,定义入口速度 VelocityMagnitude=0.031m/s，其余保持为默认设置，单击 OK 按钮确定。（3） 定义出口边界条件。 在 Zone 栏中选择 out， 在 Type 栏中选择 outflow,，其余保持为默认设置，单击 OK 按钮确定。（4） 定义无滑移壁面。 在

43、 Zone 栏中选择 wall_cir， 在 Type 栏中选择 wall,其余保持为默认值。单击 OK 按钮确定。（5） 定义滑移壁面。 在 Zone 栏中选择 wall， 在 Type 栏中选择 wall,在 WallMotion 栏中选择 Moving Wall， 在 motion 栏中选择 absolute， speed=0.031m/s，即设定壁面采用相同的速度随流体流动，这样就可以避免壁面处边界层对圆柱绕流的计算产生影响，单击 OK 按钮确定。（6）定义内部的 interior。在 Zone 栏中选择 inter,在 Type 栏中选择interior,在弹出的对话框中单击 yes

44、 按钮。注意此时与 inter 对应的inter:shadow 消失， 表明两个 surface 的数据在 interior 是连续的采用同样的方法定义 inter:001 和 inter:002。Step 4Step 4 初始化和计算。单击 Reference Values，在 Compute From 栏中选择 in。（1）定义收敛条件。Monitors Residuals Edit，确保 Plot 为勾选状态，设定各个参数的收敛残差值为 1e-8，单击 OK 按钮确定。（2）定义监视器。单击 Monitors，单击，选择 Lift，在 Option栏中勾选 Plot 在 Wall Zon

45、es 栏中选择 wall_cir,单击 OK。单击 Reference Values，在 length 栏中输入 0.1，定义特征长度为 0.1。（3）初始化流场。Solution InitializationInitialize。（4）建立流场的流动。单击 Run Calculation，在 Number of Iterations栏中输入 300，单击 Calculate 开始迭代计算。计算完成后，Graphics andAnimationsContoursSet Up，在 Option 栏中勾选 Filled，在 Contours of栏中选择 Velocity Magnitude，单击

46、 Display 得到如图 2-22 所示的计算结果。观察图可知，基本的流动已经建立起来，下面将进行瞬态计算。图 2-22稳态计算结果（5）定义瞬态计算求解器。 GeneralSolver， 在Time栏中选择Transient。（6）瞬态计算一些必要设置。FileWriteAutosave,在 Save Data FileEvery(Time Steps)栏中输入 5，单击 OK 确定，即每计算五个时间点自动保存一次 case 和 data 文件。Monitors，选择 d-1-Plot，单击 Edit,单击 clear 清除稳态计算的数据。（7）进行瞬态计算。单击 Run Calculat

47、ion，在 Time Step Size 栏中输入0.25，在 Number of time steps 栏中输入 200，在 Max Iterations/ Time Step栏中输入 50，即每 0.25s 为一个时间间隔，每个时间间隔最多迭代 50 步，一共计算 200 个时间间隔的瞬态流动问题。单击 Calculate 开始迭代计算。计算完成后得到的升力系数变化情况如图 2-23 所示，因为流动还未完全发展，因此升力系数振荡幅值在逐渐增大。Step 5Step 5 后处理。（1）显示涡量。如图 2-23 所示，圆柱绕流涡的脱落周期约为 25s，因此选取 10-35s 内 5 个不同的时

48、间显示。 打开名为 vertex-0100.dat 的文件。 Graphicsand AnimationsContoursSet Up，在 Option 栏中勾选 Filled，取消 AutoRange的勾选， 定义Min=0， Max=2,在Contours of栏中选择Velocity Magnitude，下面一栏选择 Vorticity Magnitude， 如图 2-24 所示， 单击 Display。 如图 2-25（a）所示。采用相同的方法分别打开编号为 0120、0140、0160、0180 和 0200的 data 文件并作相同的处理，涡量云图如图 2-25 所示。图 2-23升力系数随时间变化曲线图 2-24查看涡量设置图（a）t=25s（b）t=30s（c）t=35s（d）t=40s（e）t=45s图 2-25 不同时刻的涡量云图（f）t=50s图 2-25 不同时刻的涡量云图（续图）上面的计算结果表明，生成的网格能够满足计算要求，能够较好地模拟二维圆柱绕流问题。