用Fluent计算二维圆柱绕流

圆柱绕流数值模拟

圆柱绕流的数值模拟研究 摘要：选取直径为D=10mm的圆柱及6D×3D的计算区域，利用GAMBIT进行模型的创建模型，对计算区域采用分块网格划分与结构化网格划分相结合的技术进行网格划分。对0.03m/s~1.0m/s的低流速情况下的圆柱绕流进行模拟研究，结果发现在速度达到0.1m/s前圆柱后侧没有出现明显的漩涡，在速度大于0.1m/s后漩涡开始出现，当速度达到0.5m/s时漩涡的范围最大。最后利用FLUENT的网格自适应技术对入口速度为0.5m/s的情况进行了网格加密，发现网格自动加密可以改进网格分布情况，但对计算结果的影响程度有限。 关键词：网格划分；圆柱绕流；涡量；网格自适应 钝体绕流中尤其以圆柱体的绕流问题最为经典和引起人们的注意。圆柱绕流属于非定常分离流动问题，在工业工程中的应用非常广泛。圆柱绕流同时也是一个经典的流体力学问题，流体绕圆柱体流动时，过流断面收缩，流速沿程增加，压强沿程减小，由于黏性力的存在，就会在柱体周围形成附面层的分离，形成圆柱绕流。而由于圆柱的存在，会在圆柱迎水面产生壅水现象，同时也增加了圆柱的受力，使得圆柱绕流问题变得十分复杂。 研究圆柱绕流问题在工程实际中也具有很重要的意义。如在水流对桥梁、海洋钻井平台支柱、海底输运管线、桩基码头等的作用中，风对塔建筑、化工塔设备、高空电缆等的作用中，都有重要的工程应用背景。因此，对圆柱绕流进行深入研究，了解其流动机理和水动力学规律，不仅具有理论意义，还具有明显的社会经济效益。 1数学模型与计算方法 1.1几何模型 结合本文研究目标，取圆柱直径D=10mm，计算区域为6D×3D的矩形区域，如图1所示。上游尺寸1.5D，下游尺寸4.5D。使用GAMBIT建模软件按照图1所示的计算域建立了二维的计算模型。 图1计算区域 1.2网格划分及边界条件设置 为提高模拟精度，计算区域采用分块网格划分与结构化网格划分相结合的技术。计算区域共分两块，尺寸见图1所示。在圆柱区域采用O型结构化网格(图2)，尾流区域采用四边形结构化网格分别划分（图3），使用GAMBIT对两块计算区域进行了网格划分，划分的结果是网格总数为42946个。 对计算区域进行边界条件定义，考虑到流入介质的为空气，同时流速较低，就把介质假定为不可压缩的流体。进而把左侧的入口定义为速度入口即：Velocity-inlet，右侧的出口假定为充分发展的出流，即定义为：Outflow。其余的边界保持默认的壁面边界条件，同时定义为绝热条件，即热流密度为0。

流体力学Fluent报告——圆柱绕流之欧阳家百创编

亚临界雷诺数下串列双圆柱与方柱绕流的数值模拟 欧阳家百（2021.03.07） 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Cd与Strouhal 数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。 圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。Lienhard[4]总结了大量的实验研究结果并给出了圆柱体尾流形态随雷诺数变化的规律。当Re<5时，圆柱上下游的流线呈对称分布,流体并不脱离圆柱体，没有旋涡产生。此时与理想流体相似，若改变流向，上下游流形仍相同。当5

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。 圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。Lienhard[4]总结了大量

FLUENT软件在圆柱绕流模拟中的应用

第27卷第1期水利电力机械 V ol.27　N o.1　2005年2月W ATER C ONSERVANCY &E LECTRIC POWER MACHI NERY Feb.2005 　?机械设计与制造? F LUENT 软件在圆柱绕流模拟中的应用 Application of F LUE NT s oftware in the simulation of flow around a cylinder 徐元利1,徐元春2,梁兴1,张进国1 X U Y uan 2li 1,X U Y uan 2chun 2,LI ANG X ing 1,ZHANGJin 2guo 1 (1.武汉大学动力与机械学院,湖北武汉　430072;　2.河南油田采油一厂江河矿,河南南阳　474780)(1.School of P ower and Mechanical Engineering of Wuhan University ,Wuhan 430072,China ;2.Jianghe Ore Y ard of the 1st Petroleum Production Factory of the Henan Oil Field ,Nangyang 474780,China ) 摘　要:使用计算流体力学软件F LUE NT ,模拟均匀来流绕固定圆柱的流动,模拟雷诺数为20,40,100时的绕流流动,得到流场的流函数等值线图和速度矢量图。计算结果表明:当雷诺数增加时,流动表现出一系列不同的构造。在雷诺数约为40前后流场有明显变化。小于这个数时,存在一对位置固定的旋涡。大于40时,流场开始变得不稳定,旋涡扩大、脱落、又生成,逐渐发展成两排周期性摆动和交错的旋涡。并与实验及数值模拟结果比较,确认F LUE NT 能够很好地预测流动结构。关键词:圆柱绕流;F LUE NT 软件;雷诺数 中图分类号:TP311.56:T B126 文献标识码:A 文章编号:1006-6446(2005)01-0039-03 Abstract :Uniform flow around a m ounting cylinder is simulated with the application of F LUE NT s oftware while Reynolds number is 20,40,100.S tream function and velocity vector distributions are indicated.The results show that a series of construction appears as Reynolds number increases.When Re is around 40,flow pattern changes :there is a pair of m ount 2ing v ortex with Re less than 40;on the contrary it becomes unsteady and v ortex expand ,slough ,generate again until tw o rows of periodic s wing and overlap v ortex form.C om pared with experimental results ,it is con firmed that F LUE NT can well predict flow structure. K ey w ords :flow around a circular cylinder ;F LUE NT s oftware ;reynolds number 收稿日期:2004-07-30 作者简介:徐元利(1980-),女,河南南阳人,武汉大学动力与机械学院在读硕士研究生,从事流体过渡过程方面的研究。 1　圆柱绕流理论分析研究的状况 一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟对象。但迄今对该流动现象物理本质的理解仍是不完整的。圆柱绕流中,起决定作用的是雷诺数,但还受到许多因素,如阻塞比,来流湍流度,下游边界条件等的影响。 随着雷诺数的增加,粘性不可压缩流体绕圆柱的流动会呈现各种不同的流动状态,在小雷诺数时,流动是定常的,随着雷诺数的增加,圆柱后会出现一对尾涡。当雷诺数较大时,尾流首先失稳,出现周期性的振荡。而后附着涡交替脱落,泻入尾流形成 K arman 涡街,随着雷诺数的增加,流动变得越来越复 杂,最后发展为湍流。White [1]认为“圆柱涡流具有经 典性的重要意义”。 一般认为圆柱绕流有2种定常的流动图案:雷诺数为较小时,圆柱后无尾涡;当雷诺数为较大时,圆柱后有一对对称的尾涡。关于定常流失稳以及出现湍流的临界雷诺数主要是通过应用流场显示技术观察流动形态得到的,所以不是准确值。对于分界点雷诺数就有不同的见解,K ovasznay ,R oshko 等认为定常流动失稳的临界雷诺数大约为40。而从周期性尾流到湍流的详细的转变过程的实验研究似乎还是空白。 对均匀来流绕固定圆柱的二维平面流动,国内

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 令狐采学 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Cd与Strouhal 数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。 圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。Lienhard[4]总结了大量的实验研究结果并给出了圆柱体尾流形态随雷诺数变化的规律。当Re<5时，圆柱上下游的流线呈对称分布,流体并不脱离圆柱体，没有旋涡产生。此时与理想流体相似，若改变流向，上下游流形仍相同。当5

圆柱绕流的数值模拟解析

圆柱绕流的数值模拟 张玉静 20070360204 过控（2）班化工与能源学院 摘要:使用计算流体力学软件FLUENT,模拟均匀来流绕固定圆柱的流动,模拟雷诺数为5，20,40,100时的绕流流动,得到流场的流函数等值线图和速度矢量图。计算结果表明:当雷诺数增加时,流动表现出一系列不同的构造。当Re=5时，流动不发生分离,其后未形成旋涡，当Re=20,40,100时，流体发生分离，其后形成旋涡，且旋涡随着Re的增大而增大。利用计算流体力学软件FLUENT可以成功地模拟圆柱绕流问题,反映出流动特性。 关键词:圆柱绕流；FLUENT；雷诺数 Abstract:Uniform flow around a mounting cylinder is simulated with the application of FLUENT software while Reynolds number is 5,20,40,100. Stream function and velocity vector distributions are indicated. The results show that a series of construction appears as Reynolds number increases. When Re is 5, Flow separation does not occur, and it does not form vortex . When Re is 20,40,100, Flow separation occurs, and it forms vortex. V ortex increases with the increase of Re. Using computational fluid dynamics software FLUENT can successfully simulate flow around cylindrical, reflect the flow characteristic. Key words：Flow around a circular cylinder；FLUENT；Reynolds number 1 圆柱绕流理论分析研究的状况 一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟对象。但迄今对该流动现象物理本质的理解仍是不完整的。圆柱绕流中,起决定作用的是雷诺数,但还受到许多因素,如阻塞比,来流湍流度,下游边界条件等的影响。随着雷诺数的增加,粘性不可压缩流体绕圆柱的流动会呈现各种不同的流动状态,在小雷诺数时,流动是定常的,随着雷诺数的增加,圆柱后会出现一对尾涡。当雷诺数较大时,尾流首先失稳,出现周期性的振荡。而后附着涡交替脱落,泻入尾流形成Karman涡街,随着雷诺数的增加,流动变得越来越复杂,最后发展为湍流。White认为圆柱涡流具有经典性的重要意义。 一般认为圆柱绕流有2种定常的流动图案:雷诺数为较小时,圆柱后无尾涡；当雷诺数为较大时,圆柱后有一对对称的尾涡。关于定常流失稳以及出现湍流的

基于FLUENT的并列双圆柱绕流二维数值模拟分析

-46-科学技术创新2019.02 基于FLUENT的并列双圆柱绕流二维数值模拟分析 胡锦鹏罗森 (重庆科技学院建筑工程学院，重庆401331) 摘要：为研究双圆柱在不同距径比(L/D)工况下的绕流，运用FIUENT软件模拟低雷诺数下的双圆柱绕流中表面压力系数的分布和升力系数、阻力系数的变化规律。通过数值模拟分析表明：双圆柱表面随着L/D的增大两圆柱柱后涡街将由耦合涡街逐步转化为单圆柱绕流时的卡门涡街，两柱对绕流的影响减弱；随着UD的增加，两柱之间的相互作用减小，升力系数和阻力系数都逐渐降低。通过对不同I7D工况下的对比分析，为圆墩抑制双圆柱绕流的设计提供一定意义的参考。 关键词：fluent;双圆柱；绕流;数值模拟 中图分类号：035文献标识码:A文章编号:2096-4390(2019)02-0046-02 多柱绕流问题在海洋工程、跨江跨河桥墩、以及涉水建筑物基础等领域有广泛的应用。水流经过多圆柱会产生旋涡，旋涡的脱落使各个圆柱之间有相互干扰作用,其流场特征与圆柱的受力与单圆柱绕流有明显不同叫因此研究多圆柱绕流的流场特征分析与圆柱受力状态研究对于涉水工程应用具有重要的意义。 多柱与之单柱绕流相比,多柱绕流受墩柱数量、排列方式、柱间距离、流体速度等因素影响，其流场特性、涡街形态更加复杂，加之在波、浪、流等耦合作用下极易发生相互干扰造成桩柱严重损伤及破坏。基于此，采用FLUENT有限元软件，建立双圆柱绕流模型研究其在不同距径比(两圆柱中心距与圆柱直径之比)下分析圆柱绕流的阻力系数、升力系数、分离点位置及流场变化规律,为后续涉水基础中的双圆柱绕流问题的研究提供理论依据。 1绕流相关参数 绕流的相关参数主要有雷洛数Re、斯托罗哈数St、升力系数G和阻力系数C“下面给出各个参数的计算公式和物理意义。 1.1雷洛数Re 圆柱绕流的状态和雷诺数有很大关系，雷诺数代表惯性力和粘性力之比：Re=四=巴 “u(1)式中:P为流体的密度;U为自由来流的平均速度;L为结构的特征尺寸(圆柱取直径D)屮为流体粘性系数；”=上为流体的运动学粘性系数。121P 1.2斯托罗哈数St Strouhal指出圆柱绕流后在圆柱后面可以出现交替脱落的旋涡,旋涡脱落频率、流速、圆柱直径之间存在一个关系： st=— U(2)式中:St为斯托罗哈数，取决于结构的形状断面;f,为旋涡脱落频率;D为结构的特征尺寸(圆柱取直径D)；U为来(转下页) 能够使小鼠的血脂下降,从而起到防止AS的作用。同时发现枸杞色素可以使低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、血清甘油三酯(TG)及总胆固醇(TC)的含量减少，因此枸杞中色素能够拮抗高血脂症患者的血脂上升和脂质的不易还原。 同时枸杞色素具有血管内皮细胞的保护作用，研究发现，受损伤的细胞的G0/G1比率和凋亡率可以通过枸杞中的花色昔来下降，升高其G2/M的比率和S期的细胞比率，发现被过度氧化且低密度的脂蛋白所损伤的人体静脉的内皮细胞可以被存在于枸杞中的花色苛所保护和修复叫 枸杞色素不但能明显地增强机体的特异性免疫的作用，并且能够提高非特异性免疫的作用。经实践证实枸杞色素能够明显地提高T、B淋巴细胞的数量、红细胞的免疫黏附作用及其雏鸡血清的HI抗体能力，说明了枸杞色素对于雏鸡的特异性免疫及体液免疫的疗效有明显的加强能力冋。枸杞色素还具有抗疲劳、抗肿瘤、提高视力及生殖能力等作用。 2.3多酚类。多酚类是植物中一组含有多个酚羟基团的化学元素的总称。多酚类物质可以起到很好的还原作用。富含酚羟基的物质在世界上也被称为“第七种营养物质”。此中主要活性物质为多酚类物质，多酚类物质为植物成分的分子的结构式中含有多个酚轻基团统称，主要是单宁类、黄酮类、花色昔类以及酚酸类等成分，均是可以保证健康的一类化合物。枸杞叶子中主要黄酮类物质是芦丁，同样芦丁含量最丰富的部位也是枸杞叶子。尽管芦丁存在于野生或者栽培的枸杞果实中的含量少之又少，然而黄酮类化合物的总含量相比于野生枸杞叶,栽培的枸杞叶子总含量高出很多。 2.4其他化合物。枸杞中主要的含氮物质是氨基酸和蛋白质，此外还含有多种氨基酸、Mg、Mn、Se、Zn多种金属离子、粗脂肪、脂肪酸等，同时还含有多种小分子物质,例如P-香豆酸、各种维生素和脑昔等。其他成分包括菜油；胆苗烷醇;天门冬素、當醇、胆當-7-烯醇;2,4-乙基胆苗-5烯-3(3醇等。 参考文献 [1]张仲景(汉).金匮要略方论[M].北京:人民卫生出版社,1972：21-22. [2]王玲，张才军,李维波，等.枸杞多糖对2型糖尿病患者T淋巴细胞亚群和细胞因子的调节作用[J].河北中医,2013,23(12):888-890. [3]李宁宁.类胡萝卜素的研究进展[J].中国现代实用医学杂志, 2014,3⑵:51-53. [4]袁宝财，达海莉,李晓瑞.宁夏枸杞的生物学特性及开发利用前景[J].河北林果研究,2014,12(4):52-53. [5]朱采平.枸杞多糖的结构分析及生物活性评价[D].武汉：华中农业大学,2009,6(3):46-47. [6]林丽，李进，呂海英，等.黑果枸杞花色昔对小鼠动脉粥样硬化的影响[J].中国中药杂志,2012,37(10):1460-1466.

2021年流体力学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 欧阳光明（2021.03.07） 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Cd与Strouhal 数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。 圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。Lienhard[4]总结了大量的实验研究结果并给出了圆柱体尾流形态随雷诺数变化的规律。当Re<5时，圆柱上下游的流线呈对称分布,流体并不脱离圆柱体，没有旋涡产生。此时与理想流体相似，若改变流向，上下游流形仍相同。当5

FLUENT软件在圆柱绕流模拟中的应用

C A M E O 楷 模C A E 案例库 w w w .c a m e o .o r g .c n 第27卷第1期水利电力机械 V ol.27　N o.1　2005年2月W ATER C ONSERVANCY &E LECTRIC POWER MACHI NERY Feb.2005 　?机械设计与制造? F LUENT 软件在圆柱绕流模拟中的应用 Application of F LUE NT s oftware in the simulation of flow around a cylinder 徐元利1,徐元春2,梁兴1,张进国1 X U Y uan 2li 1,X U Y uan 2chun 2,LI ANG X ing 1,ZHANGJin 2guo 1 (1.武汉大学动力与机械学院,湖北武汉　430072;　2.河南油田采油一厂江河矿,河南南阳　474780)(1.School of P ower and Mechanical Engineering of Wuhan University ,Wuhan 430072,China ;2.Jianghe Ore Y ard of the 1st Petroleum Production Factory of the Henan Oil Field ,Nangyang 474780,China ) 摘　要:使用计算流体力学软件F LUE NT ,模拟均匀来流绕固定圆柱的流动,模拟雷诺数为20,40,100时的绕 流流动,得到流场的流函数等值线图和速度矢量图。计算结果表明:当雷诺数增加时,流动表现出一系列不同的构造。在雷诺数约为40前后流场有明显变化。小于这个数时,存在一对位置固定的旋涡。大于40时,流场开始变得不稳定,旋涡扩大、脱落、又生成,逐渐发展成两排周期性摆动和交错的旋涡。并与实验及数值模拟结果比较,确认F LUE NT 能够很好地预测流动结构。 关键词:圆柱绕流;F LUE NT 软件;雷诺数 中图分类号:TP311.56:T B126 文献标识码:A 文章编号:1006-6446(2005)01-0039-03 Abstract :Uniform flow around a m ounting cylinder is simulated with the application of F LUE NT s oftware while Reynolds number is 20,40,100.S tream function and velocity vector distributions are indicated.The results show that a series of construction appears as Reynolds number increases.When Re is around 40,flow pattern changes :there is a pair of m ount 2ing v ortex with Re less than 40;on the contrary it becomes unsteady and v ortex expand ,slough ,generate again until tw o rows of periodic s wing and overlap v ortex form.C om pared with experimental results ,it is con firmed that F LUE NT can well predict flow structure. K ey w ords :flow around a circular cylinder ;F LUE NT s oftware ;reynolds number 收稿日期:2004-07-30 作者简介:徐元利(1980-),女,河南南阳人,武汉大学动力与机械学院在读硕士研究生,从事流体过渡过程方面的研究。 1　圆柱绕流理论分析研究的状况 一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟对象。但迄今对该流动现象物理本质的理解仍是不完整的。圆柱绕流中,起决定作用的是雷诺数,但还受到许多因素,如阻塞比,来流湍流度,下游边界条件等的影响。 随着雷诺数的增加,粘性不可压缩流体绕圆柱的流动会呈现各种不同的流动状态,在小雷诺数时,流动是定常的,随着雷诺数的增加,圆柱后会出现一对尾涡。当雷诺数较大时,尾流首先失稳,出现周期性的振荡。而后附着涡交替脱落,泻入尾流形成 K arman 涡街,随着雷诺数的增加,流动变得越来越复 杂,最后发展为湍流。White [1]认为“圆柱涡流具有经 典性的重要意义”。 一般认为圆柱绕流有2种定常的流动图案:雷诺数为较小时,圆柱后无尾涡;当雷诺数为较大时,圆柱后有一对对称的尾涡。关于定常流失稳以及出现湍流的临界雷诺数主要是通过应用流场显示技术观察流动形态得到的,所以不是准确值。对于分界点雷诺数就有不同的见解,K ovasznay ,R oshko 等认为定常流动失稳的临界雷诺数大约为40。而从周期性尾流到湍流的详细的转变过程的实验研究似乎还是空白。 对均匀来流绕固定圆柱的二维平面流动,国内

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：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, 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Cd与Strouhal 数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。

基于flunt的圆柱绕流模拟

基于fluent 的圆柱绕流模拟 引言： 使用网格划分软件gambit 进行模型的建立还有网格划分，然后使用计算流体 力学软件FLUENT ,模拟均匀来流绕固定圆柱的流动,得到流场的流函数等值线图和速度矢量图，并且，模拟雷诺数为40，100，200,400时的绕流流动，得到了各个雷诺数下的计算域内的流动情况。计算结果表明:当雷诺数增加时,流动表现出一系列不同的构造。在雷诺数约为40 前后流场有明显变化。小于这个数时,存在一对位置固定的旋涡。大于40 时,流场开始变得不稳定,旋涡扩大、脱落、又生成,逐渐发展成两排周期性摆动和交错的旋涡。并与实验及数值模拟结果比较,确认FLUENT 能够很好地预测流动结构。 一 控制方程 对于不可压缩粘性流体，在直角坐标系下，其运动规律可以用N-S 方程来描 述，连续性方程和动量方程分别为： 0=??j j X U （1.1） )(1)(j i j i j i j i X U v X X P X U U t U ????+??-=??+??ρ （1.2） 二 求解问题的数学模型和数值方法 2.1 问题描述和模型建立 一个无穷长 直径为20cm 的圆面积柱体,放置在无穷远来流速度为0.01m/ s

不受干扰的均匀横流中,如图所示。 图1 模拟对象 图中，L=100cm，计算域直径W=20cm，入口距离圆柱20cm。对应的网格划分如图所示： 图2 模型网格 2.2 数值方法 此次模拟中主要运用到了SIMPLC算法，它是对SIMPLE算法的一种改进，其计算步骤与SIMPLE算法相同，只是压力修正项中的一些系数不同，可以加快迭代过程的收敛 SIMPLE算法：基本思想如前面讲求解器的那张图中解释分离式求解器的例子所示的一样，这里再贴一遍： 1.假设初始压力场分布。 2.利用压力场求解动量方程，得到速度场。

有限元法解圆柱绕流问题

有限元法求解无限流体中的圆柱绕流问题

2016年01月12号 一．问题描述 考虑位于两块无限长平板间的圆柱体的平面绕流问题，几何尺寸如下图所示，来流为。由于流场具有上下左右的对称性，只考虑左上角四分之一的计算区域abcde，把它作为有限元的求解区域Ω。要求求解出整个区域中的流函数、、以及压强值。

图1：圆柱绕流模型 二．数学建模 在足够远前方选与来流垂直的控制面ae,cd是沿y轴，亦即一流动对称轴，bc是物面，ab亦是流动对称轴，所要考虑的流动区域即由线abcdea所围成的区域，在这一区域 中有： 1.边界ab为流线，取ψ=0， 2.边界bc也为流线，同样取ψ=0， 3.边界cd，切向速度=0，，取 ； 4.边界de为流线,满足 于是在ed上，ψ=2， 5.进口边界ae上，ψ=（本文中采取此条件） 也可以提自然边界条件， 我们以流函数ψ作为未知函数来解此问题，流函数所满足的微分方程如下：

ψ（本质边界条件） （1） 自然边界条件 此处指和四段边界，而就是就是cd 段边界，且切向速度= 0， 1 和 2 合起来是整个边界，并且此二者不重合。下面，按有限元方法的一般步骤来计算此问题。 三．有限元法解圆柱绕流问题 1．建立有限元积分表达式 根据求解问题的基本控制方程，应用变分法或加权余量法将求解的微分方程定解问题 化为等价的积分表达式，作为有限元法求解问题的出发方程式。 对于方程（1），它是一椭圆型方程，具有正定性，可以用变分法，这里直接给出泛函 （ψ）ψψ Ω（ ） 令其变分δJ=0，可以得到 ψδψ Ωδψ 自然边界条件已经包含在变分表达式中(其名称的由来)，而本质边界条件必须强制ψ 满足(因此称其为本质边界条件，也称为强制边界条件)。 如果根据原微分方程中无法给出泛函J，则可以用Galerkin 加权余量方法得到积分方程，这相当于将原来的微分方程写为如下变分形式： ψδψ Ω 这里的δψ是函数ψ的改变量，是一种“虚位移”，在本质边界条件上为零。因此，上 式做分部积分后，边界积分仅剩下的部分。具体为 ψδψ Ωδψ 即（3）式。

利用FLUENT 软件模拟圆柱绕流

利用FLUENT软件模拟圆柱绕流 摘要:使用计算流体力学软件FLUENT,模拟均匀来流绕固定圆柱的流动,模拟雷诺数为20 ,40 ,100 时的绕流流动,得到流场的流函数等值线图和速度矢量图。计算结果表明:当雷诺数增加时,流动表现出一系列不同的构造。在雷诺数约为40 前后流场有明显变化。小于这个数时,存在一对位置固定的旋涡。大于40 时,流场开始变得不稳定,旋涡扩大、脱落、又生成,逐渐发展成两排周期性摆动和交错的旋涡。并与实验及数值模拟结果比较,确认FLUENT能够很好地预测流动结构。 关键词: 圆柱绕流 FLUENT软件雷诺数 1圆柱绕流理论分析研究的状况 一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟对象。但迄今对该流动现象物理本质的理解仍是不完整的。圆柱绕流中,起决定作用的是雷诺数,但还受到许多因素,如阻塞比,来流湍流度,下游边界条件等的影响。 随着雷诺数的增加,粘性不可压缩流体绕圆柱的流动会呈现各种不同的流动状态,在小雷诺数时,流动是定常的,随着雷诺数的增加,圆柱后会出现一对尾涡。当雷诺数较大时,尾流首先失稳,出现周期性的振荡。而后附着涡交替脱落, 泻入尾流形成Karman 涡街,随着雷诺数的增加,流动变得越来越复杂,最后发展为湍流。White[1]认为“圆柱涡流具有经典性的重要意义”。 一般认为圆柱绕流有2 种定常的流动图案:雷诺数为较小时,圆柱后无尾涡;当雷诺数为较大时,圆柱后有一对对称的尾涡。关于定常流失稳以及出现湍流的临界雷诺数主要是通过应用流场显示技术观察流动形态得到的,所以不是准确值。对于分界点雷诺数就有不同的见解,Kovasznay 、Roshko 等认为定常流动失稳的临界雷诺数大约为40。而从周期性尾流到湍流的详细的转变过程的实验研究似乎还是空白。 对均匀来流绕固定圆柱的二维平面流动,国内外许多学者进行过大量的研究。决 定圆柱绕流流态的是雷诺数(Re)的值, Re5 <时,流动不发生分离,5Re40 <<,在圆柱体后面出现一对位置固定的旋涡; 40Re150 << ,旋涡扩大,然后有一个旋涡开始脱落,接着另一个也脱落,在圆柱体后面又生成新的旋涡,这样逐渐发展成两排周期性摆动和交错的旋涡,即Karman 涡街。Re150 <,涡街是层流,150Re300 <<,旋涡由层流向湍流转变。 5 300Re310 <