卡門渦街
關注創建者：胖子愛學習 創建時間：2019-07-06
卡門渦街的視頻教程
ABAQUS-CFD卡門渦街模擬
本案例基于ABAQUS6.14-CFD模塊，模擬了簡單CFD卡門渦街現象，模擬時長80s，定義水的材料屬性，恒速入口邊界條件，零壓出口條件，wall壁面條件等，輸出速度和壓力云圖及節點速度曲線。
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ANSYS FLUENT卡門渦街計算
ANSYS FLUENT卡門渦街計算 未來結構致力于土木結構仿真分析領域，課程由國內結構工程碩士研究生傾力打造，課程涉及各類CAE教學視頻，并以目標結果為導向，確保學員以最少的付出收獲最佳的學習回報。 現提供目前為止全部教學視頻! 本課程將持續更新，付費永久觀看！更新不需再次付費！ 感謝一直以來大家的支持!
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star-ccm3維圓柱繞流仿真
將卡門渦街從2維改成3維vof多相流 卡門渦街是流體力學中重要的現象，在自然界中常可遇到，在一定條件下的定常來流繞過某些物體時，物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦，經過非線性作用后，形成卡門渦街。如水流過橋墩，風吹過高塔、煙囪、電線等都會形成卡門渦街。卡門渦街有一些很重要的應用，因此有必要了解其研究歷史及有關的應用情況。
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卡門渦街的實例教程
一、卡門渦街簡介
卡門渦街是流體力學中重要的現象，在自然界中常可遇到，在一定條件下的定常流繞過某些物體時，物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦，經過非線性作用后，形成卡門渦街。如水流過橋墩，風吹過高塔、煙囪、電線等都會形成卡門渦街。
圖1 圓柱繞流實驗中觀察到的卡門渦街現象
二、ABAQUS中實現卡門渦街現象
ABAQUS作為一款功能強大的工程模擬有限元軟件，自帶“大型動畫制作”功能。本部分內容將簡單介紹如何在ABAQUS中實現簡單的卡門渦街現象。
本部分內容需要用到ABAQUS/CFD模塊，最終實現的效果如圖2所示。借助該案例也簡單介紹一下CFD模塊的具體建模過程。
圖2 ABAQUS中圓柱繞流產生卡門渦街
建模步驟
1、打開ABAQUS6.14，選擇With CFD Model；
2、創建Part-KarmanVortex，Part設置如圖3所示，建立草圖如圖4所示，拉伸厚度0.01m，如圖5所示。
展開 wx_fmt=gif"></p><p class="ql-align-center"> 圖16.卡門渦街動畫</p><p><br></p>
對于有規則的，我們能觀測到的卡門渦街，雷諾數在60~5000范圍內，我們所做的算例中大多雷諾數在200左右。所以，如果計算結果不正確，先考慮雷諾數的大小是否在合適的區間內。
V是流體速度(m/s)，d為當量直徑(m)，v為運動粘度(m2/s)。
基于fluent14對卡門渦街進行仿真，顯示出主要的注意事項。
1.網格。
2.導入fluent中，對尺寸進行確認。
3.選擇瞬態求解器設置。
4.速度的設置。
5.求解控制器設置。
由于卡門渦街是比較精確的，這里的設置就是要提高求解精度，看的更加清晰。下圖是沒有更改設置和更改設置的結果對比。
6.時間步的設置。
這里的設置相對比較隨意，但要符合瞬態計算的設置原則。
展開 并不是這樣的，很多過程并不能穩定下來，比如卡門渦街，渦的脫落隨著時間呈周期性變化。再比如水的蒸發，隨著時間的推移，水的量一直在減少，因此這樣的過程就不是穩態的，計算時只能用瞬態計算。即便是穩態，其前期也一定存在瞬態這樣一個過程。因此黑格爾說存在就是合理的，存在就是應當消亡的。萬物都是脆弱易逝的。</p><p> </p><p> <strong>5.模型設置</strong>，這里保持默認即沒有打開傳熱和湍流模型，這是因為我們只考慮流體流動，不考慮傳熱現象，因此不必打開能量方程。至于為什么沒有打開湍流模型，實際上卡門渦街的形成同雷諾數Re有關，當Re為50～300時，從物體上脫落的渦旋是有周期性規律的；當Re＞300時渦旋開始出現隨機性脫落；隨著Re的繼續增大，渦旋脫落的隨機性也增大，最后形成了湍流。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyicc4VKwmPd3DPWfB2xlZ2xLsgnfGgFeAVQg5MfxVbWDNmd5ia8oFcIClkCSaXUHm2YksIofnXMAXfA/640?wx_fmt=png"> </p><p class="ql-align-center">圖2.卡門渦街與雷諾數的關系</p><p>這里我們之所以使用層流模型，是因為我們設置的進口速度為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。</p><p> </p><p> <strong>6. 材料物性設置</strong>，之所以將流體的物性改變，是為了能夠更好的產生邊界層分離現象。
展開 卡門渦街下懸臂梁的振動 ￥500
這種現象稱為卡門渦街流，渦流從物體兩側交替脫落，其頻率可預測。日常生活中我們經常會遇到這種現象，例如電話線上發出的聲音以及汽車無線電天線在氣流中的振動。從工程的角度而言，重要的是預測流體在不同流速時的振動頻率，從而避免固體結構振動時與渦脫落產生共振。例如，為幫助減少此類效應的產生，設備工程師們在高煙囪的上部放置了一個螺旋形減振裝置；由此產生的形狀變化阻止了渦流從煙囪不同位置脫落時對其結構產生的干擾。</p><p>本案例展示了一圓柱繞流形成的卡門渦街流與一懸臂梁形成耦合振動的過程，模擬結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202212/cc024e6ec4474e71a9b752e7393daddd.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友，可以下載模型源文件，歡迎交流</p><p><br></p>
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先講解渦激振動的流體力學原理（卡門渦街形成機制），再演示流場建模（風場參數設置、結構振動監測點布置）、耦合分析設置（流場與結構的動力耦合參數），最后通過結果分析（流場速度云圖、結構振動位移曲線），復盤理論與操作的對應關系，幫你理解流場特性如何影響結構響應；
2) 案例二：高速流體沖擊分析。
因為兩排交錯排列的漩渦像街道兩旁的路燈，所以人們將這個現象稱為“卡門渦街”。
你可能不認識馮·卡門，但他有一位學生你肯定認識：錢學森。
如今，卡門渦街已成為流體力學的象征，無論是數米的飛機機翼
還是數千米的大橋
甚至大洋中的島嶼
都有卡門渦街的身影。
第二種，渦街式流量計，基于流體力學上最經典的現象，卡門渦街。
當流體流過一個物體時，物體兩側會周期性地出現并脫落旋轉方向相反、排列規則的旋渦。旋渦會產生振動，且脫落頻率和流體的速度直接相關。那么此時只需要在物體下游放一個振動傳感器，來檢測旋渦頻率，就能反推得到流體的速度。
渦街流量計沒有運動部件，也很耐用。
就是大風產生的卡門渦街，與橋體之間產生了共振，大橋發生了好幾周的大幅度擺動，最終還是沒有抗住，塌了。
另一個是咱們的長征二號E運載火箭，1995年1月26日在西昌為美國發射“亞太二號”通信衛星。火箭飛行50秒后爆炸，聯同衛星一塊兒炸毀。調查發現，就是衛星和火箭發生了共振。
2.流程化操作
下面咱們用卡門渦街的例子來走一遍這個流程
① 打開workbench，新建Fluid Flow(Fluent)整個計算流程，正常化的將每個步驟都走一遍
② 首先建模，打開SC或者DM，在設置創建模型后標注尺寸時需要創建尺寸的參數化。
左邊的卡門渦街的例子顯示計算時間減少了40%，而潰壩的例子顯示計算時間減少了60%。
拓撲優化的增強
通過這一改進，可以使用新的目標函數，如體積流量、平均表面溫度、速度、溫度或表面溫度的不均勻度。限制體積流量不僅對流量優化有用，而且對熱優化也有用，因為它可以根據各種熱源的布局實現多個出口之間的最佳流量分配。
最終，從效率和導水機構、葉片、尾水管等水輪機關鍵部件等CFD計算結果來看，效率符合水輪機外特性曲線，在小開度下易脫流并產生卡門渦街。
至于為什么沒有打開湍流模型，實際上卡門渦街的形成同雷諾數Re有關，當Re為50～300時，從物體上脫落的渦旋是有周期性規律的；當Re＞300時渦旋開始出現隨機性脫落；隨著Re的繼續增大，渦旋脫落的隨機性也增大，最后形成了湍流。
<p> 卡門渦街是德國科學家馮·卡門從空氣動力學的的觀點于1911年提出的理論：在一定條件下的定常來流繞過某些物體時，物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦，經過非線性作用后，形成卡門渦街，本質上就是邊界層分離。
左邊的卡門渦街的例子顯示計算時間減少了40%，而潰壩的例子顯示計算時間減少了60%。
