FLUENT动网格-圆柱体在管道内运动模拟
流体力学Fluent报告——圆柱绕流
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C与 Strouhal 数d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。
Fluent中的动网格
Fluent中的动网格动网格是目前求解计算域变化问题的常用方法。
参考Fluent帮助，可以知道动网格技术与一般流动计算设置的主要区别在于网格更新方法和更新域设置。
这里就这两方面问题的一点体会作一简单记录。
一、网格更新方法弹簧近似光滑法将任意两网格节点之间的连线理想地看成一条弹簧，并通过近似弹簧的压缩或拉伸实现网格和计算域的改变。
该方法网格拓扑不变，无需网格的插值处理，对结构化（四边形、六面体）和非结构化（三角形、四面体）网格同样适用。
但不适合于大变形情况，当计算区域变形较大时，变形后的网格质量变差，严重影响计算精度。
动态分层法在运动边界相邻处根据运动规律动态增加或减少网格层数，以此来更新变形区域的网格。
该方法适用于结构化网格，通过设置适当的分层和缩减系数，更新后的网格依然为较为均匀的结构化网格，对计算精度影响较小。
对于运动域具有多自由度和任意变形情况，该方法处理起来非常困难。
网格重生方法在整个网格更新区域内依据设定的最大和最小网格尺寸判断需要进行网格重生的网格，并依据设置的更新频率进行网格重生处理。
该方法适用于非结构化网格，能够较好的应用于任意变形的计算区域处理。
二、更新域设置更新域设置是动网格设置中的一项重要工作，最常用的设置是刚体运动域和变形域，这里针对这两种域的设置注意事项和技巧作一简单介绍。
1、域动网格一般来讲，设置为刚体运动域的区域一般为壁面类边界，通过设置固壁的运动，模拟计算域内物体的运动。
由于固壁边界有时形状较为复杂，壁面附近网格尺度与周围网格尺度存在较大差别，网格更新时变形较大。
在这种情况下，可以设置一个包含固壁运动边界的计算域，通过该计算域的整体运动模拟域内物体的运动，在有的地方将这种方法称为域动网格法。
在域动网格法中，需要设置包含运动物体的内部计算域、内部计算域界面均为刚体运动域。
如下图所示。
2、动态分层法中的分界面在应用动态分层网格更新方法时，当分层界面在计算域内部时，需要采用Split interface（这里称分界面）将运动域运动范围与固定计算域区分开来，以保证动态分层网格处理（如果运动域网格与固定域网格没有分界面，动态分层无法执行）。
圆柱绕流的fluent数值模拟-算例演示
Fluent运算
（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。
Fluent运算
（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。
创建几何模C型reate a geometric model
（14）生成网格 生成壳网格，单击Compute生成网格。
创建几何模C型reate a geometric model
（15）观察并保存网格 File选择Mesh，单击Save Mesh As，保存生成的网格为Vertex.uns。
创建几何模C型reate a geometric model
创建几何模C型reate a geometric model
（3）创建Point 其余点根据基点偏移生成，左键选中，中键确定
创建几何模C型reate a geometric model
（4）创建线 创建两个点 之间的curve,依次确定两点，中键确定
创建几何模C型reate a geometric model
创建几何模C型reate a geometric model
（8）删除所有的点和线，英文输入法下左键选中整个区域按键盘V键
创建几何模C型reate a geometric model
（9）创建几何模型拓扑结构
创建几何模C型reate a geometric model
FLUENT系列资料3之直排圆柱绕流
圆柱绕流（顺排）1、流动问题如图给出了圆柱绕流的计算区域的几何尺寸, 其中L=1.2m，W=0.5m，r=0.02m，l2=0.1m，l1=0.2m，入口速度为0.01m/s，圆柱横向间隔0.1m，竖向间隔为0.1m，分析不同排列方式的流场情况。
本例涉及到：一、利用GAMBIT建立圆柱绕流的计算模型（1）在CAD中画出圆柱绕流的图形（2）将CAD图形输出为*.sat的文件格式（3）用GAMBIT读入上面输出的*.sat文件（4）对各条边定义网格节点的分布（5）在面上创建网格（6）定义边界内型（7）为FLUENT5/6输出网格文件二、利用FLUENT-2D求解器进行求解（1）读入网格文件（2）确定长度单位：MM（3）确定流体材料及其物理属性（4）确定边界类型（5）计算初始化并设置监视器（6）使用非耦合、隐式求解器求解（7）利用图形显示方法观察流场与温度场一、前处理——用CAD画出圆柱绕流的结构图并导入GAMBIT中在CAD中按所给的尺寸画出圆柱绕流的结构图，画完后输出为drawing1.sat的文件（如图1所示）。
CAD中的操作：文件→输出…点击保存到你想保存到的文件夹中。
圆柱绕流的结构图图1 CAD保存为sat格式的文件启动GAMBIT ，建立一个新的GAMBIT文件。
第1步：确定求解器选择用于进行CFD计算的求解器。
操作：Solver→FLUENT5/6第2步：导入圆柱绕流的结构图操作：File→Import→ACIS…点击Browse找到刚才从CAD中输出的drawing1.sat文件，选中后点击Accept即可导入所需的图形。
（需在CAD中将所画的图形创建成面域，否则无法读入）第3步：确定边界线的内部节点分布并创建结构化网络1、创建各条边上的节点分布操作：MESH→EDGE→打开的“MESH Edges”对话框如图2所示。
（1）点击Edges右侧的黄色区域，使其处于活动状态；（2）Shift+鼠标左键，点击所需划分的边线；（3）选择Interval size，并输入值10；（4）点击Apply，生成各条边上的节点分布。
FLUENT动网格——耦合边界铺层法模拟管道内滑块运动过程中气体流场
FLUENT动网格——耦合边界铺层法模拟管道内滑块运动过程中气体流场
在采用FLUENT模拟含有动态固体边界的流场时，采用非结构网格的重画法和
弹簧光顺法可以比较高效的实现。
但是当固体边界存在重合部分时就会存在模型划
分默认重合，FLUENT18.0以后的版本可以采用OVERSET网格来解决这个问题，可
是该网格设置方法目前和部分计算模型存在冲突（反正我还没解决），这里采用边
界耦合的模型划分，多区域网格耦合后的铺层法来实现耦合边界的动-静固体边界
模式中的气体流场模拟。
比如案例中管道内一圆柱滑块，其外表面与管道内表面紧
密接触，仿真模拟其在管道内高速滑动（50m/s）并运动至管道外后的气体流场变
化。
Fluent动网格系列篇
A:求解uds不，求解选specified flux就行了。一般来说速度
的第二类边界条件不用特别设置吧
Q:边界条件设置UDS菜单的中，编号为0的标量方程应该是自 定义的第一个标量方程还是动量方程？动量方程的flux在哪 里设置呢？如果需要求解一个自定义的标量方程，那么第二 类边界条件如何编写UDF？还有一个问题，flux给定的是对x 的偏导还是对y的偏导？
散，各位有木有碰到这种情况的？
A:VOF法比较容易发散，且引起发散的原因很多。 1.调小点时间步长、松弛因子。 2、检查求解格式 3、检查网格
4、检查边界条件
2.Fluent风扇用fan模型计算知道PQ曲线 ：大家好，在fluent， 没有风扇的结构尺寸，但是厂家给了风扇的PQ曲线，想利用 fluent的Fan模型，设置了PQ曲线，但是计算的流量为0之类
到边界运动的流体力学的问题都可以解决。
咨讯： 1.FLUENT动网格系列：公转&自转
2.FLUENT动网格系列：System Coupling流固耦合
3.FLUENT动网格系列：区域运动
问答：
1.使用vof功能时，为什么经常会发散？无论是结构网格还是非
结构网格，使用vof功能时，基于压力的求解器下，很容易发
却。我在 Gambit中已经把网格划分完毕，先划十节圆柱形电
池，然后通过布尔操作把电池和风扇减去，最后划分剩下的 部分。由于电池在充放电时需要发热，所以需要 给电池加载 生热率，我以前用ANSYS可以直接添加生热率，但是不知道 Fluent该如何处理，网上有人说使用UDF，但是大约看了一下 UDF的介绍，也还不太清楚。有哪位.pdf 网格与CFD求解精度的关系，Fluent公司工程师崔凯的文章。 曾经想整理出版，但是他自己找不到原稿了，翻箱底我竟然 找到了，哈哈哈，分享给需要者。
管内流动的模拟(fluent)
模型模型管的直径为1m，长度20m。
几何模型是对称的，因此只对管道的一半进行模拟。
m s的速度从进口边界进入。
流动雷诺数为15000。
水以0.015/1．建立模型及网格划分①建立模型及网格划分的步骤在此处暂时省略，以后后机会再补上。
这里直接读入网格文件pipe.msh，开启Fluent 3D双精度求解器（Double Precision），（这里是典型的狭长管道，需要开启双精度求解器）。
②读入网格后应检查网格及网格尺寸，通过Mesh下的Check和Scale进行实现，这里不做详细描述。
2．求解模型的设定①求解器设置。
这里保持默认的求解参数，即基于压力的求解器定常求解。
下面说一说Pressure-based和Density-based的区别：a.Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和CoupledSolver，其实也Pressure-Based Solver的两种处理方法；b.Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来处理，使之也能够计算低速问题。
Density-Based Solver下肯定是没有SIMPLEC，PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现的；一般还是使用Pressure-Based Solver解决问题。
基于压力的求解器适用于求解不可压缩和中等程度的可压缩流体的流动问题。
基于fluent的圆柱绕流计算分析
注意，计算圆柱体绕流流动可能需要考虑很多因素，例如流体的流动特性、圆柱体的尺寸和形状、流动条件等。因此，在使用Fluent进行计算分析时，你需要仔细设置模型并调整相应的参数，以得到准确的结果。
在计算圆柱体绕流流动时，你还可以使用Fluent的多相流动模型来考虑流体中的汽液相变过程。
多相流动模型可以用来求解含有液体和气体两相的流体流动。例如，你可以使用多相流动模型来计算圆柱体绕流流动中气体汽化的情况。
在使用多相流动模型时，你需要设定相关的物理属性，例如汽液平衡条件、汽化热和蒸发热等。你还需要设定多相流动的边界条件，例如液体的流入流速或气体的流出压力等。
无论使用哪种方法，都需要仔细设置模型并调整相应的参数，以得到准确的结果。在使用Fluent进行计算分析时，你还可以使用各种可视化工具来帮助你理
在Fluent中，你可以使用多种方法来计算圆柱体绕流流动。无论使用哪种方法，都需要仔细设置模型并调整相应的参数，以得到准确的结果。
在设置模型时，你需要考虑圆柱体的尺寸和形状，以及流体的流动特性。你还需要设定流动条件，例如流速或压力。
一种常用的方法是使用网格流动模型，这种方法可以用来求解流体的流动特性，例如流速、压力和温度等变量的分布情况。在使用网格流动模型时你需要在圆柱体的外围创建一个网格，并在圆柱体的内部创建一个流动区域。然后，你可以设定流动条件，例如流速或压力，并使用Fluent的解算器来求解这个流动模型。
另一种方法是使用非网格流动模型，这种方法可以用来求解流体的运动轨迹和流动特性。在使用非网格流动模型时，你需要在圆柱体的外围创建一组流动粒子，并设定运动轨迹的初始条件。然后，你可以使用Fluent的解算器来求解这个流动模型，得到流动粒子的运动轨迹和流动特性。
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FLUENT动网格应用——圆柱体在管道内
运动流场模拟
通过非结构网格的拉伸和重划，能够模拟固态边界的变形和运动，对于弹丸外流场以及汽车迎风流场这种条件，可以通过迎面来流速度相对模拟物体运动，但是对于计算域中含有静态固体边界的运动状态，还是需要通过动网格方法来模拟物体运动。
这里给出一个圆柱体在高速运动的流场模拟案例，以进行非结构动网格的应用和学习，上图中圆管静止，圆柱体以10m/s的速度在管内运动。
（本人比较恋旧，这里采用FLUENT15.0进行模拟计算）。