利用CFX计算卡门涡街的完整流程
本文摘要（由AI生成）：本文介绍了利用CFX计算卡门涡街的完整流程，包括计算模型、CFX设置、计算结果等。其中，CFX设置包括启动CFX、导入计算网格、计算类型设置、定义表达式、新建材料、计算区域设置、边界条件设置、Output控制、创建初始值、设置求解控制参数和解算计算等步骤。计算结果包括基本结果和曲线显示两部分。本案例演示利用CFX计算卡门涡街的完整流程。1 计算模型计算模型如图所示。圆柱直径2m，计算模型雷诺数100，属于层流涡街。2 CFX设置2.1 启动CFX启动CFX，如下图所示设置Work Directory，点击按钮CFX-Pre启动CFX点击工具栏按钮New Case打开设置对话框，选择General项，点击按钮OK新建Case2.2 导入计算网格选择菜单File → Import → Mesh…打开文件选择对话框如下图所示选择网格文件F10_S10_B15_Hex010.cfx5，点击OK按钮导入网格文件导入模型如图所示。2.3 计算类型设置如图所示，双击模型树选项如下图所示设置计算类型为Transient，设置Total为20 s，设置Timesteps为0.01 s2.4 定义表达式如下图所示定义相应的表达式2.5 新建材料如下图所示新建材料MyFluid，并指定材料属性2.6 计算区域设置鼠标双击模型树节点Default Domain打开区域设置面板进入Basic Settings标签页，如下图所示设置Material为MyFluid进入Fluid Models标签页，设置Heat Transfer Option为None，指定湍流模型为None(Laminar)，点击OK按钮关闭面板2.7 边界条件设置1、添加边界inlet右键选择节点Default Domain，选择弹出对话框Insert → Boundary插入边界如下图所示指定边界名称为inlet，点击OK按钮打开设置面板进入面板Basic Settings标签页，设置Boundary Type为Inlet，指定Location为IN，如下图所示进入Boundary Details标签页，如下图所示指定速度为FlowVelocity，点击OK按钮关闭对话框2、插入出口边界outlet如下图所示插入边界指定边界名称为outlet如下图所示指定边界位置为OUT指定出口边界压力为0 Pa3、壁面边界插入边界Cylinder，如下图所示指定边界位置，其他参数保持默认设置插入壁面RightWall指定边界为Free Slip Wall插入壁面LeftWall指定边界为Free Slip Wall4、定义对称边界插入边界 sym1插入边界sym2注：CFX中计算二维模型必须定义对称边界。2.8 Output控制点击工具栏按钮Output Control打开输出控制设置对话框如下图所示定义文件保存频率定义表达式CdCylinderExpression为(force_x()@Cylinder*2)/(FluidDensity * FlowVelocity^2*0.5[m]*2[m])定义表达式ClCylinderExpression为(force_y()@Cylinder*2)/(FluidDensity * FlowVelocity^2*0.5[m]*2[m])如下图所示定义监测点CdCylinder相同方式定义下表所示的监测点2.9 创建初始值点击按钮Global Initialization弹出设置对话框定义U为FlowVelocity，定义v为tan(10[deg]*(pi/180[deg]))*FlowVelocity *step(x/1[m])2.10 设置求解控制参数鼠标双击模型树节点Solver Control弹出参数设置面板如下图所示指定求解控制参数点击工具栏按钮Define Run软件会自动打开求解管理器。2.11 求解计算如下图所示设置并行计算参数，指定CPU数量，点击按钮Start Run开始求解计算监测得到的升力系数曲线监测得到的Monitor3速度曲线注：这里注意输出监测数据，可以在图形显示窗口点击鼠标右键，选择Export Plot Data…将数据保存为CSV文件。注意修改x坐标为时间，默认情况下为时间步数，这里需要修改。计算完毕后如下图所示，选中选项Post-Process Results，点击OK按钮打开CFD-Post进行后处理3 计算结果3.1 基本结果20s时刻速度分布速度随时间变化注：受容量限制，这里对GIF的帧数做了大幅删减。3.2 曲线显示插入Chart如下图所示指定参数原始数据显示如图所示激活Fast Fourier Transform，如下图所示指定参数指定x轴坐标范围1~5，如下图所示指定Y Function为Magnitude，如下图所示绘制图形如下图所示可看到最大值对应的频率为1.5Hz。计算Strouhal数为：实验测量值为0.164，可以通过加密计算网格提高计算精度。推荐课程69个Fluent2023R1验证案例：SCDM、Mesh、Fluent以及CFD-Post流体仿真
