學(xué)習(xí)Fluent，應(yīng)該要通過(guò)對(duì)一個(gè)案例比較詳細(xì)的分析盡可能的學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，而不是稀里糊涂的瞎設(shè)置。學(xué)習(xí)一個(gè)案例就要讓這個(gè)案例發(fā)揮作用

----伍茲·基碩得

   

  之前我們計(jì)算過(guò)卡門渦街，但是很多設(shè)置并沒(méi)有說(shuō)清楚為什么，今天我們來(lái)詳細(xì)解釋一下這些設(shè)置。

 

  首先1. 導(dǎo)入Mesh文件、2. General設(shè)置、3. Check網(wǎng)格這三步都是順理成章，沒(méi)什么可說(shuō)的。

   我們來(lái)說(shuō)一說(shuō)4. 瞬態(tài)設(shè)置，無(wú)論流體力學(xué)還是傳熱學(xué)里都有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)，所謂穩(wěn)態(tài)就是物體的狀態(tài)不隨著時(shí)間發(fā)生改變，比如說(shuō)熱傳導(dǎo)，如果壁面一側(cè)溫度為30℃，另一側(cè)為50℃，我們可以很容易的計(jì)算出來(lái)壁面最終的溫度分布是線性的，只要外界環(huán)境不變，那就永遠(yuǎn)是這樣一個(gè)溫度分布，這就是穩(wěn)態(tài)過(guò)程；但是在達(dá)到線性溫度分布之前，溫度需要擴(kuò)散（擴(kuò)散速度和熱擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)），隨著時(shí)間的流逝，溫度分布是變化的，這個(gè)過(guò)程就是瞬態(tài)過(guò)程，最終溫度分布會(huì)達(dá)到穩(wěn)定即穩(wěn)態(tài)。

 

圖1.熱傳導(dǎo)溫度擴(kuò)散過(guò)程

  那么是不是說(shuō)任何過(guò)程都有穩(wěn)態(tài)呢？并不是這樣的，很多過(guò)程并不能穩(wěn)定下來(lái)，比如卡門渦街，渦的脫落隨著時(shí)間呈周期性變化。再比如水的蒸發(fā)，隨著時(shí)間的推移，水的量一直在減少，因此這樣的過(guò)程就不是穩(wěn)態(tài)的，計(jì)算時(shí)只能用瞬態(tài)計(jì)算。即便是穩(wěn)態(tài)，其前期也一定存在瞬態(tài)這樣一個(gè)過(guò)程。因此黑格爾說(shuō)存在就是合理的，存在就是應(yīng)當(dāng)消亡的。萬(wàn)物都是脆弱易逝的。

 

  5.模型設(shè)置，這里保持默認(rèn)即沒(méi)有打開傳熱和湍流模型，這是因?yàn)槲覀冎豢紤]流體流動(dòng)，不考慮傳熱現(xiàn)象，因此不必打開能量方程。至于為什么沒(méi)有打開湍流模型，實(shí)際上卡門渦街的形成同雷諾數(shù)Re有關(guān)，當(dāng)Re為50～300時(shí)，從物體上脫落的渦旋是有周期性規(guī)律的；當(dāng)Re＞300時(shí)渦旋開始出現(xiàn)隨機(jī)性脫落；隨著Re的繼續(xù)增大，渦旋脫落的隨機(jī)性也增大，最后形成了湍流。

 

圖2.卡門渦街與雷諾數(shù)的關(guān)系

這里我們之所以使用層流模型，是因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)置的進(jìn)口速度為1m/s，流體密度為1kg/m3，粘度為0.01kg/(m·s)，圓柱直徑為0.1m，，因此為層流。

 

6. 材料物性設(shè)置，之所以將流體的物性改變，是為了能夠更好的產(chǎn)生邊界層分離現(xiàn)象。邊界層分離有兩個(gè)必要的條件，一是流體有粘性，二是逆壓力梯度，因此將流體的粘度增大了很多，更容易出現(xiàn)效果。

7. 計(jì)算域保持默認(rèn)，所謂計(jì)算域，是指計(jì)算的區(qū)域，我們這里只計(jì)算了流體區(qū)域，沒(méi)有固體區(qū)沒(méi)有計(jì)算，因此不必設(shè)置。如果需要計(jì)算圓柱的溫度分布，此時(shí)需要設(shè)置計(jì)算域，對(duì)應(yīng)的模型需要改變。邊界條件設(shè)置，很容易理解，其中將sym1和sym2設(shè)置為symmetry，是怕設(shè)置成wall，壁面無(wú)滑移會(huì)對(duì)渦的流動(dòng)產(chǎn)生影響。

8. 初始化有兩種，第一種是混合初始化，根據(jù)模型系統(tǒng)給一個(gè)初始值，第二種是從邊界條件中選擇初始值。初始化并不會(huì)影響計(jì)算結(jié)果，但是會(huì)影響計(jì)算時(shí)間。

9. 動(dòng)畫設(shè)置，只有在初始化之后，才能進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)置。所謂動(dòng)畫，其實(shí)是將很多圖片拼接在一起。最上面一欄是動(dòng)畫的個(gè)數(shù)，中間的數(shù)字5，表示5個(gè)單位一張圖片，后面的Time Step表示以時(shí)間步作為一個(gè)單位，也可以以迭代步作為一個(gè)單位。

圖3.動(dòng)畫操作

10. 單擊Solution Animations界面的define按鈕，按照如圖所示操作。左邊的Storage Type是存儲(chǔ)方式，In memory表示在內(nèi)存中存儲(chǔ)，這樣生成的圖片不會(huì)占用硬盤空間，但會(huì)占用內(nèi)存，且不能保存。中間的window表示窗口2.

圖4.動(dòng)畫操作

11. contours設(shè)置：選擇pressure,單擊display,顯示窗口界面會(huì)顯示壓力云圖。此處選擇什么物理量，最終的動(dòng)畫就會(huì)顯示什么物理量。

12. 運(yùn)行計(jì)算，計(jì)算 unsteady flow 的時(shí)候，fluent 是從前一個(gè)時(shí)間算到下一個(gè)時(shí)間的，從這個(gè)意思上來(lái)就認(rèn)為是“time step”，一個(gè)時(shí)間接一個(gè)時(shí)間，而每個(gè)時(shí)間就相當(dāng)于一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，因此計(jì)算的時(shí)候需要 Max Iterations per Time Step，這個(gè)就像你在計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)候需要設(shè)置的一樣，在達(dá)到 iteration 次數(shù)之前收斂就完成這個(gè) time step，否則就算到所規(guī)定的次數(shù)。有關(guān) time step size 的設(shè)定。既然是一個(gè)時(shí)間接一個(gè)時(shí)間計(jì)算的，那就存在一個(gè)問(wèn)題，兩個(gè)時(shí)間之間的間隔是多少？我個(gè)人經(jīng)驗(yàn)是比特征長(zhǎng)度除以特征速度所得的時(shí)間小二 個(gè)量級(jí)或者更小，比如流體以入口速度1m/s要經(jīng)過(guò)1米的計(jì)算段，那么這個(gè)time step size就是 0.01 秒或者更小些。當(dāng)然這不是最終方案，fluent 中提供了一個(gè)調(diào)整的判斷依據(jù)，在每個(gè)時(shí)間(time step) 計(jì)算的 Iterations 在 5-10 次是最理想的。

13. 最后的生成動(dòng)畫，animations-Solution Animation Playback-write，表示將圖片拼接成了動(dòng)畫。