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|五.从卡门涡街看FLUENT设置依据

|五.从卡门涡街看FLUENT设置依据

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之前我们计算过卡门涡街 ， 但是很多设置并没有说清楚为什么 ， 今天我们来详细解释一下这些设置 。
首先1. 导入Mesh文件、2. General设置、3. Check网格这三步都是顺理成章 ， 没什么可说的 。
我们来说一说4. 瞬态设置 ， 无论流体力学还是传热学里都有稳态和瞬态 ， 所谓稳态就是物体的状态不随着时间发生改变 ， 比如说热传导 ， 如果壁面一侧温度为30℃ ， 另一侧为50℃ ， 我们可以很容易的计算出来壁面最终的温度分布是线性的 ， 只要外界环境不变 ， 那就永远是这样一个温度分布 ， 这就是稳态过程；
但是在达到线性温度分布之前 ， 温度需要扩散（扩散速度和热扩散系数有关） ， 随着时间的流逝 ， 温度分布是变化的 ， 这个过程就是瞬态过程 ， 最终温度分布会达到稳定即稳态 。

图1.热传导温度扩散过程
那么是不是说任何过程都有稳态呢？并不是这样的 ， 很多过程并不能稳定下来 ， 比如卡门涡街 ， 涡的脱落随着时间呈周期性变化 。 再比如水的蒸发 ， 随着时间的推移 ， 水的量一直在减少 ， 因此这样的过程就不是稳态的 ， 计算时只能用瞬态计算 。
即便是稳态 ， 其前期也一定存在瞬态这样一个过程 。 因此黑格尔说存在就是合理的 ， 存在就是应当消亡的 。 万物都是脆弱易逝的 。
5.模型设置 ， 这里保持默认即没有打开传热和湍流模型 ， 这是因为我们只考虑流体流动 ， 不考虑传热现象 ， 因此不必打开能量方程 。
至于为什么没有打开湍流模型 ， 实际上卡门涡街的形成同雷诺数Re有关 ， 当Re为50～300时 ， 从物体上脱落的涡旋是有周期性规律的；当Re＞300时涡旋开始出现随机性脱落；随着Re的继续增大 ， 涡旋脱落的随机性也增大 ， 最后形成了湍流 。

 图2.卡门涡街与雷诺数的关系
这里我们之所以使用层流模型 ， 是因为我们设置的进口速度为1m/s ， 流体密度为1kg/m3 ， 粘度为0.01kg/(m·s) ， 圆柱直径为0.1m ，， 因此为层流 。
6. 材料物性设置 ， 之所以将流体的物性改变 ， 是为了能够更好的产生边界层分离现象 。 边界层分离有两个必要的条件 ， 一是流体有粘性 ， 二是逆压力梯度 ， 因此将流体的粘度增大了很多 ， 更容易出现效果 。
7. 计算域保持默认 ， 所谓计算域 ， 是指计算的区域 ， 我们这里只计算了流体区域 ， 没有固体区没有计算 ， 因此不必设置 。 如果需要计算圆柱的温度分布 ， 此时需要设置计算域 ， 对应的模型需要改变 。 边界条件设置 ， 很容易理解 ， 其中将sym1和sym2设置为symmetry ， 是怕设置成wall ， 壁面无滑移会对涡的流动产生影响 。
8. 初始化有两种 ， 第一种是混合初始化 ， 根据模型系统给一个初始值 ， 第二种是从边界条件中选择初始值 。 初始化并不会影响计算结果 ， 但是会影响计算时间 。
9. 动画设置 ， 只有在初始化之后 ， 才能进行动画设置 。 所谓动画 ， 其实是将很多图片拼接在一起 。 最上面一栏是动画的个数 ， 中间的数字5 ， 表示5个单位一张图片 ， 后面的Time Step表示以时间步作为一个单位 ， 也可以以迭代步作为一个单位 。

图3.动画操作
10. 单击Solution Animations界面的define按钮 ， 按照如图所示操作 。 左边的Storage Type是存储方式 ， In memory表示在内存中存储 ， 这样生成的图片不会占用硬盘空间 ， 但会占用内存 ， 且不能保存 。 中间的window表示窗口2.

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