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STAR CCM 案例|圆柱绕流

2年前浏览5303

本算例演示如何使用求解录制和播放模块来捕捉瞬态计算的结果。

1 问题描述

计算模型如下图所示。

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空气流经直径D=0.01 m的圆柱体。自由来流速度为0.15 m/s,流动雷诺数为75,算例采用层流计算。计算Strouhal数及涡脱落频率,并将计算的结果与文献数据进行比较。

2 计算设置

启动STAR CCM 并新建Simulation
利用菜单File > Import > Import Volume Mesh打开网格文件vortexSheddingDomainMesh.ccm

计算网格如下图所示。


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2.1 选择物理模型

右键选择模型树节点Continua → Physics → Models,点击弹出菜单项Select Models… 打开模型选择对话框
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选择以下物理模型
Implicit Unsteady
Gas
Coupled Flow
Constant Density
Laminar

选择完毕后如下图所示。

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2.2 设置材料属性

鼠标双击模型树节点Models > Gas > Air > Material Properties,如下图所示设置材料介质参数
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2.3 设置初始化条件

如下图所示,设置初始速度为**[0.15 0]**
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2.4 设置边界条件

鼠标双击模型树节点Regions > Fluid_Domain > Boundaries > Inlet,在打开的对话框中指定入口速度为0.15 m/s
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2.5 创建Scalar Scene

右键选择模型树节点Scenes,点击弹出菜单项
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设置Scalar Field为Vorticity > Magnitude,如下图所示设置Scene的参数,查看涡量分布
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选中Scalar 1节点,设置Contour Style为Smooth Filled
展开节点Tools > Annotations,拖拽节点Solution Time到图形窗口中

图形窗口如下图所示。

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2.6 添加升力报告

右键选在模型树节点Reports,点击弹出菜单项New Report > Flow / Energy > Force Coefficient
命名节点为Coefficient of Lift,如下图所示设置参数
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右键选择节点Coefficient of Lift,点击弹出菜单项Create Monitor and Plot from Report创建绘图
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2.7 设置求解参数

选中模型树节点Solvers → Implicit Unsteady,设置Time Step为0.02 s
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鼠标双击模型树节点Stopping Criteria
设置Maximum Inner Iterations为15
设置 Maximum Physical Time为8 s
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2.8 指定求解历史

右键选择模型树节点Solution Histories,点击弹出菜单项New… 新建历史文件vortexSheddingData.simh

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双击模型树节点vortexSheddingData,进行如下图所示设置
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Auto-Record属性按所需的间隔将数据记录到解决方案历史记录文件中。如果不想在求解器运行时记录数据,请取消激活此设置。Path特性显示仿真历史文件的相对路径。State属性显示存储在所选解决方案历史文件中的保存状态数;当前显示0,因为求解程序尚未运行。

2.9 求解计算

选择菜单项Solution → Run开始计算
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3 计算结果

3.1 监测结果

8 s时刻涡量云图分布
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升力系数
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3.2 验证结果

Strouhal数定义为:

式中为涡脱落频率;为圆柱直径;为自由来流速度。本算例中文献Daily et al.[1]给出的值为0.15,因此,涡脱落的理论频率计算为2.25Hz,相应的周期为0.444秒。

局部放大升力系数曲线。如下图中绿色框选位置。

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放大之后如下图所示,可以看到周期接近0.44,也可以将曲线输出到文件中进行精确计算。

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3.3 创建录制的求解视图

右键选择模型树节点Solution Histories > vortexSheddingData,点击弹出菜单项Create Recorded Solution View
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此时在Solution Views节点下多出一个名为vortexSheddingData的子节点。

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动画如下图所示。


参考资料

[1]

Daily, J.W., and Harleman, D.R.F. Fluid Dynamics, Addison-Wesley, MA, 1966

注:本案例取自STAR CCM 随机案例。


几何处理网格处理Star-CCM+
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2021-11-29
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CFD之道
博士 | 教师 探讨CFD职场生活,闲谈CFD里外
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未登录
1条评论
聂鸿博18098868872
签名征集中
2年前
老师你好,我是大连海事研究流体力学的学生。我想问一下,您的这篇帖子下的参考文献Daily, J.W., and Harleman, D.R.F. Fluid Dynamics, Addison-Wesley, MA, 1966还有么?可以发我一份么,我可以有偿回报。我的邮箱是1135288997@qq.com。我可以知道您的邮箱么?
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