Cartesian网格结合无网格法处理的二维柱体绕流及动边界问题数值模拟

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圆柱绕流的fluent数值模拟-算例演示

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（3）选择基本物理模型单击导航栏中的Models，打开Models面板，双击Energy-Off，弹出对话框。对勾勾中，单击OK；双击Viscous-Laminar，弹出对话框选择K-epsilon(2eqn)，保持默认参数，单击OK。
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（4）设置材料属性单击导航栏中的Materials，打开Materials面板，单击Create/Edit，在材料编辑对话框中单击Fluent Datebase，打开材料库选择材料 water-liquid（h2o<1>）,单击copy。
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双圆柱绕流水动力分析的离散涡数值模拟

双圆柱绕流水动力分析的离散涡数值模拟田启龙;王嘉松【摘要】The knowledge of flow interference between two circular cylinders is favorite to understand the flow mechanism and ensure the safety of cylinders.Flows around two cylinders of equal diameter are simulated by DVM (discrete vortex method).The interference effect of two cylinders is investigated by comparing the two cylindrical lift coefficient,the drag coefficient and Strouhal number and the vortex shedding structure.The reliability of the present method is reflexed by comparing with other experimental or numerical simulation data.To further study the impact of two cylindrical gap ratio (G/D),the flows around two side by side and tandem cylinders in a different range of G/D are calculted.Under a fixed gap ratio,the average drag force coefficients for both cylinders grows to an upper limit value as the increase of angle between free stream velocity and center line of twin cylinders,and the mean lift force coefficient rise again till getting close to zero after reaching a minimum.When theG/D gets larger,the interference effect weakens and flows around the two cylinders,which can be approximated as two single-flow around a cylinder.It provides reference for study of flow around two cylinders.%对双圆柱流动干涉效应的认识有利于了解多管流场的作用机制、确保结构安全.基于离散涡方法,对二维等直径双圆柱绕流的水动力特性进行数值分析.计算串列、并列以及交错排列下双圆柱流动干涉问题,通过对比2个圆柱的升力系数、阻力系数和斯特劳哈尔数以及尾涡结构,观察两圆柱体的干涉效应.对比试验和其他数值模拟结果验证本文方法的可靠性.为进一步研究两圆柱间隙比的影响,计算串列和并列圆柱在不同间隙比情况下的圆柱绕流问题.结果表明:间隙比一定时,随着来流与圆柱中心线夹角的增大,双圆柱的平均阻力逐渐增大并趋于稳定,平均升力在达到极小值后又开始增大并逐渐趋于0;当间隙增大时,干涉现象逐渐消失,双圆柱绕流可近似看作两个单圆柱绕流.为双圆柱绕流问题的研究提供参考.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2017(032)003【总页数】7页(P51-57)【关键词】圆柱绕流;水动力分析;离散涡方法;升阻力系数;斯特劳哈尔数【作者】田启龙;王嘉松【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学水动力学教育部重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】O352随着人类对深海矿产资源的不断探索，海洋资源开始引起越来越多国家的重视。

流体力学Fluent报告——圆柱绕流

亚临界雷诺数下串列双圆柱与方柱绕流的数值模拟令狐采学摘要：本文运用Fluent软件中的RNG k-ε模型对亚临界雷诺数下二维串列圆柱和方柱绕流问题进行了数值研究，通过结果对比，分析了雷诺数、柱体形状对柱体绕流阻力、升力以及涡脱频率的影响。

一般而言，Re数越大，方柱的阻力越大，圆柱体则不然；而Re越大，两种柱体的升力均越大。

相对于圆柱，同种条件下，方柱受到的阻力要大；相反地，方柱涡脱落频率要小。

Re越大，串列柱体的Sr数越接近于单圆柱体的Sr数。

关键字：圆柱绕流、升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数在工程实践中，如航空、航天、航海、体育运动、风工程及地面交通等广泛的实际领域中，绕流研究在工程实际中具有重大的意义。

当流体流过圆柱时, 由于漩涡脱落，在圆柱体上产生交变作用力。

这种作用力引起柱体的振动及材料的疲劳，损坏结构，后果严重。

因此，近些年来，众多专家和学者对于圆柱绕流问题进行过细致的研究，特别是圆柱所受阻力、升力和涡脱落以及涡致振动问题。

沈立龙等[1]基于RNG k⁃ε模型，采用有限体积法研究了亚临界雷诺数下二维圆柱和方柱绕流数值模拟，得到了圆柱和方柱绕流阻力系数Cd与Strouhal 数随雷诺数的变化规律。

姚熊亮等[2]采用计算流体软件CFX中LES模型计算了二维不可压缩均匀流中孤立圆柱及串列双圆柱的水动力特性。

使用非结构化网格六面体单元和有限体积法对二维N- S方程进行求解。

他们着重研究了高雷诺数时串列双圆柱在不同间距比时的压力分布、阻力、升力及Sr数随Re数的变化趋势。

费宝玲等[3]用FLUENT软件对串列圆柱绕流进行了二维模拟，他们选取间距比L/D(L为两圆柱中心间的距离，D为圆柱直径)2、3、4共3个间距进行了数值分析。

计算均在Re = 200 的非定常条件下进行。

计算了圆柱的升阻力系数、尾涡脱落频率等描述绕流问题的主要参量，分析了不同间距对圆柱间相互作用和尾流特征的影响。

圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。

基于ADINA的二维双圆柱绕流的数值模拟研究

基于ADINA的二维双圆柱绕流的数值模拟研究作者：党鹏飞董事尔王华洪陈果来源：《中国新技术新产品》2013年第02期摘要：均匀来流流过二维圆柱是一个经典的流体力学问题，尤其是对于粘性流体，由于雷诺数的大小不同，在面对层流和紊流两种与众不同的流场时，流场流线运动的规律较为复杂，本文正是借助于ADINA软件中出色的流固耦合的仿真计算技术，对于流场中二维双圆柱绕流流场的变化进行了科学的数值模拟，并给出了不同环境条件下流场的变化情况，计算出了圆柱表面的一系列动力学参数。

结果表明：尾流及圆柱表面的压力分布，其实验结果与现有结果较为吻合关键词：雷诺数；圆柱绕流；网格密度；数值模拟；扰动力中图分类号：TP39 文献标识码：A1 概述近些年来一些学者运用实验和理论方法对横向流作用下管阵流体诱发振动问题进行了分析和研究，得到一些经验公式来初步估计产生流体诱发振动的临界流速。

并对两圆柱串列和交错放置的绕流问题进行过实验研究。

针对两圆柱中心间距小于5.0倍圆柱直径的一系列情况，他们研究了两圆柱间的流动相互作用，发现中心间距存在有一临界值，当小于该临界值时，没有明显的涡自上游圆柱脱落。

这一临界值约为3 倍圆柱直径。

standsby在1981 和1987 年分别用离散涡方法和随机涡方法研究了并排、串列和交错放置的双圆柱绕流问题得到了与实验相符的结果。

但是经验公式中的一些参数是在一些特定条件下得到的，具有很大得保守性和不确定性。

双圆柱绕流模拟由于在一定范围内能够反映多个圆柱在一条直线上的绕流特征，圆柱附近流态的瞬时变化形式，并且模型简明，已经用ADINA软件能够计算比较精确的扰动力数值。

因此基于现有的研究成果，本文旨在归纳总结双圆柱对绕流流场的影响。

2 双圆柱体绕流场基本理论根据prandtl的边界层理论，圆柱的绕流流动可以分为两个区，圆柱表面很薄的边界层区和其上的主流区，在边界层中流体粘性产生的摩擦力起主导作用，而在主流区粘性摩擦力可以忽略不计。

五种湍流涡粘模型在二维方柱绕流数值模拟中的对比研究

五种湍流涡粘模型在二维方柱绕流数值模拟中的对比研究张显雄;张志田;张伟峰;陈政清【摘要】为研究不同雷诺时均Navier-Stokes(RANS)模型在求解钝体绕流场的差异,采用五种两方程湍流涡粘模型计算了二维方柱的绕流场(雷诺数Re=22 000),得到了不同湍流模型在不同网格离散方案下的方柱气动力与流场特性.结合以往文献数据,通过对比不同湍流模型计算结果的差异,揭示了不同湍流模型的特点.研究结果表明:网格离散方案对方柱绕流数值模拟结果有重要影响;RNGk-ε湍流模型的计算效率最高,SST k-ω湍流模型的计算效率最低;Standard k-ε湍流模型的计算结果准确程度整体弱于其余湍流模型;RNG k-ε湍流模型、Realizable k-ε湍流模型与Standard k-ω湍流模型的计算结果大致相当,较接近大涡模拟结果;SST k-ω湍流模型的模拟结果优于其余湍流模型,其尾流区速度场与试验结果吻合较好;两方程湍流模型计算的二维方柱绕流结果与试验结果以及大涡模拟结果相比,存在不可忽略的差异.%In order to investigate differences of RANS turbulence models on solving flow over bluff bodies,flow past a two-dimensional square cylinder at Re =22 000 is simulated,and results are obtained respectively by using five two-equation Eddy Viscosity Turbulence Models.By comparing with available data and comparing between each other,the advantages as well as weaknesses of these models are revealed.It is found that the results are significantly affected by the employed meshes.The RNG k-ε model is of the highest efficiency while the SST k-ω turbulence model is of the worst.The results of Standard k-ε turbulence model are generally worse than those of other models.The results from RNG k-e,realizable k-ε and standard k-ω models are very close to those from the large-eddy-simulation.The SST k-ω model yields better nu merical results than the other models,and its flow field properties in the wake fit experimental resultswell.However,compared with results from the experiment and the large-eddy simulation,un-negligible differences can be found in the results of the five models.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2018(036)002【总页数】11页(P339-349)【关键词】气动力;湍流模型;数值模拟;方柱;统计量【作者】张显雄;张志田;张伟峰;陈政清【作者单位】湖南大学工程试验研究中心,湖南长沙410082;湖南大学工程试验研究中心,湖南长沙410082;湖南大学工程试验研究中心,湖南长沙410082;湖南大学工程试验研究中心,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】V211.30 引言随着桥梁结构趋向于细、长、柔以及低阻尼方向发展，气动弹性问题成为了大跨度桥梁的控制性因素，因此对各种桥梁抗风问题的研究越来越精细化。

圆柱绕流的数值模拟解析

圆柱绕流的数值模拟张玉静 20070360204 过控（2）班化工与能源学院摘要:使用计算流体力学软件FLUENT,模拟均匀来流绕固定圆柱的流动,模拟雷诺数为5，20,40,100时的绕流流动,得到流场的流函数等值线图和速度矢量图。

计算结果表明:当雷诺数增加时,流动表现出一系列不同的构造。

当Re=5时，流动不发生分离,其后未形成旋涡，当Re=20,40,100时，流体发生分离，其后形成旋涡，且旋涡随着Re的增大而增大。

利用计算流体力学软件FLUENT可以成功地模拟圆柱绕流问题,反映出流动特性。

关键词:圆柱绕流；FLUENT；雷诺数Abstract:Uniform flow around a mounting cylinder is simulated with the application of FLUENT software while Reynolds number is 5,20,40,100. Stream function and velocity vector distributions are indicated. The results show that a series of construction appears as Reynolds number increases. When Re is 5, Flow separation does not occur, and it does not form vortex . When Re is 20,40,100, Flow separation occurs, and it forms vortex. V ortex increases with the increase of Re. Using computational fluid dynamics software FLUENT can successfully simulate flow around cylindrical, reflect the flow characteristic.Key words：Flow around a circular cylinder；FLUENT；Reynolds number1 圆柱绕流理论分析研究的状况一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟对象。

圆柱绕流理论研究和数值模拟

圆柱绕流理论研究和数值模拟摘要：在生活中,绕流问题随处可见，河水流过桥墩长期以来物体绕流问题是我们学者研究和分析的热点问题，其中最典型的是绕流圆柱体的现象是卡门涡街。

应用CFD方法求流体力学的经典问题。

电脑的数值模拟方法的优点在于能够不受物理模型和实验模型的基本条件限制，有较好的灵活性，经济性，适应性，能够很好地处理现实的问题。

本课题利用软件FLUENT通过应用连续性方程和动量方程求解层流状态下，固定的圆柱体绕流问题，分别得到二维圆柱的周围流场流，速度矢量图，速度涡量图，求出其对应的阻力系数，把已有的模拟结果和理论研究结果进行比较，得出准确的绕流问题的结论,将测得的数据与已有的文献结论相比较，得出层流在不同文献下结果不尽相同。

关键词:FLUENT；阻力系数；雷诺数1柱体绕流阻力研究1.1 圆柱绕流的基本参数雷诺数(O.Reynolds)描述粘性流体力学最重要也是最基本的参数，其他无量纲物理量必然依赖于Re数。

它反映了惯性力与粘性力的比值：(1-1)其中ρ为流体的密度，U、L分别描述流体的特征速度和结构物的特征长度；μ、υ分别为流体的动力学及运动学粘性系数；决定圆柱绕流流态的是雷诺数的值 ,雷诺数在300≤Re≤3×105范围内的称为亚临界区，此时边界层仍是层流分离，而尾迹中己经是湍流涡街了;当雷诺数增加到3×105≤Re≤3.5×106时为临界区，边界层从层流分离转化为湍流分离;而后当Re≥3.5×106时为过临界区，完全变为湍流分离[1]。

斯特鲁哈数(Strouhal number)St：斯特鲁哈数根据罗斯柯(A .Roshko)1954年的实验结果，它只于雷诺数有关，在大雷诺数（Re＞1000)它近似地等于常数0.21[2]。

它是描述圆柱绕流的一个非常重要的无量纲数：(1-2)U是的均匀来流速度,直径为D的静止柱体,泻涡频率为；升力系数(1ift coemcient)：(1-3)阻力系数(dragcoefficient)：(1-4)式中为作用于单位长度圆柱上的升力，为作用于单位长度圆柱上的阻力。

FLUENT动网格教程

F L U E N T动网格教程(共17页) -本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-FLUENT动网格教程摘自&id=1396题记：在学习使用Fluent的时候，有不少朋友需要使用动网格模型(Dynamic Mes h Model)，因此，本版推出这个专题，进行大讨论，使大家在使用动网格时尽量少走弯路，更快更好地掌握；也欢迎使用过的版友积极参与讨论指导，谢谢！。

该专题主要包括以下的主要内容：§一、动网格的相关知识介绍；§二、以NACA0012翼型俯仰振荡实例进行讲解动网格的应用过程；§三、与动网格应用有关的参考文献；§四、使用动网格进行计算的一些例子。

§一、动网格的相关知识介绍有关动网格基础方面的东西，请具体参考FLUENT User’s Guide或FLUENT全攻略的相关章节，这里只给出一些提要性的知识要点。

1、简介动网格模型可以用来模拟流场形状由于边界运动而随时间改变的问题。

边界的运动形式可以是预先定义的运动，即可以在计算前指定其速度或角速度；也可以是预先未做定义的运动，即边界的运动要由前一步的计算结果决定。

网格的更新过程由FLU ENT 根据每个迭代步中边界的变化情况自动完成。

在使用动网格模型时，必须首先定义初始网格、边界运动的方式并指定参予运动的区域。

可以用边界型函数或者UDF定义边界的运动方式。

FLUENT 要求将运动的描述定义在网格面或网格区域上。

如果流场中包含运动与不运动两种区域，则需要将它们组合在初始网格中以对它们进行识别。

那些由于周围区域运动而发生变形的区域必须被组合到各自的初始网格区域中。

不同区域之间的网格不必是正则的，可以在模型设置中用FLUENT软件提供的非正则或者滑动界面功能将各区域连接起来。

注：一般来讲，在Fluent中使用动网格，基本上都要使用到UDF，所以你最好具备一定的C语言编程基础。

2、动网格更新方法动网格计算中网格的动态变化过程可以用三种模型进行计算，即弹簧近似光滑模型(spring-based smoothing)、动态分层模型（dynamic layering）局部重划模型（local remeshing）1）弹簧近似光滑模型原则上弹簧光顺模型可以用于任何一种网格体系，但是在非四面体网格区域（二维非三角形），最好在满足下列条件时使用弹簧光顺方法：（1）移动为单方向。

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中图分类号：０３５４．１文ｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒ２－ＤｌｏｆｗｓｏｖｅｒａｃｕｂｅｏｒａｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｍｏｖｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｐｒｏｂｌｅｍｓｂａｓｅｄｏｎａｄａｐｔｉｖｅＣａｒｔｅｓｉａｎｇｒｉｄｗｉｔｈａｇｒｉｄｌｅｓｓｍｅｔｈｏｄ
ｗａｌｌｓｕｆａｒｃｅｂｏｕｎｄａｙｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｈａｎｄｌｅｄｄｉｉｃｆｕｌｔｙｗｉｔｈａｃｏｍｍｏｎＣａｒｔｅｓｉａｎｇｒｉｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｄａｄａｐｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｏｆｗｓｏｖｅｒａｃｕｂｅｗｅｒｅｃｏｍｐｕｔｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｌｏｆｗｓｏｖｅｒａｃｙｌｉｎｄｅｒｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｇｒｉｄｌｅｓｓｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ＥｕｌｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆＮａｃａ００１２ｗｉｎｇｕｎｄｅｒｔｈｒｅｅｗｏｒｋｉｎｇｃａｓｅｓｗｅｒｅｓｏｌｖｅｄａｎｄ
Ｌ／Ｘｉａｎ￣ｉｎ． ⅣＧＧｕｏ — ｗｅｉ
（１．ＡｒｍｙＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２３，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｑｕａｄｔｒｅｅ－ｂａｓｅｄａｄａｐｔｉｖｅＣａｒｔｅｓｉａｎｇｉｄｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄａｌｏｆｗｓｏｌｖｅｒｆｏｒ２一ＤｆｌｏｗｏｆＮａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ
摘要：发展了基于四叉树数据结构的网格生成和二维流动的Ｎ— Ｓ方程数值求解器及动边界问题的Ｅｕｌｅｒ方程
求解方法。采用压力梯度或者密度梯度的绝对值作为网格自适应的控制参量，同时采用基于最小二乘法的无网格方法处
理对于一般Ｃａｒｔｅｓｉａｎ网格难于处理的物面边界条件。采取了绕方柱流动和绕圆柱流动的经典算例对所发展的方法进行
振第３２卷第８期
动
与
冲
击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ
Ｃａｒｔｅｓｉａｎ网格结合无网格法处理的二维柱体绕流及动边界问题数值模拟
李现今，杨国伟
（１．陆军航空兵学院，北京１００１２３；２．中国科学院力学研究所，北京１００１９０）
了验证。计算的结果验证了所发展的方法在处理绕流流动时的合理性和有效性。采用Ｎａｃａ００１２翼型的几种工况验证了所发展的动网格技术在处理无粘流动的合理性和可行性。从而为数值模拟具有复杂几何外形的流动提供了一种网格布局合理、高效，边界处理简单易行的新思路。关键词：Ｃａｒｔｅｓｉａｎ网格；无网格法；动边界；数值模拟
ｅｑｕａｔｉｏｎｓａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓｔｏＥｕｌｅｒｅｑｕａｔｉｏｎｗｉｔｈａｍｏｖｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅｄａｄａｐｔａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｏｒｄｅｎｓｉｔｙｇｒａｄｉｅｎｔｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄａｎｄａｇｒｉｄｌｅｓｓｏｒｍｅｓｈｌｅｓｓｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌｅａｓｔ — ｓｑｕａｒｅｆａｓｈｉｏｎｗａｓｕｓｅｄｔｏｔｒｅａｔａ