圆柱绕流问题是流体力学中的经典问题。本案例利用Fluent研究圆柱绕流现象。

1 目标

• 本案例的主要目的为讲解瞬态流动问题仿真

• 案例考虑雷诺数为100的圆柱绕流问题，采用层流求解

• 案例计算完毕后可以观察到涡脱落现象

2 计算模型

计算模型尺寸如图所示。

尺寸如表所示。

计算域中流体密度 1kg/m3，动力粘度为0.01 Pa.s，入口速度1 m/s。则雷诺数：

3 几何模型及网格

按前述的几何参数建立几何模型。

边界分别为inlet、outlet、top、bottom、cylinder。

4 转换网格

本案例依然使用icoFoam求解器。因此先从tutorial中拷贝一个icoFoam模板。我们这里用cavity当模板。

打开终端，输入命令：

cp -r $FOAM_TUTORIALS/incompressible/icoFoam/cavity/cavity $FOAM_RUN cd $FOAM_RUN mv cavity cylinder

mv命令是给文件夹改名，我们这里将文件重命名为cylinder。

将前面生成的网格拷贝到$FOAM_RUN路径下，并将网格名称修改为cylinder.msh。

blueCFD下此路径为：D:blueCFD-Core-2016ofuser-of4runcylinder，我这里是将blueCFD安装在D盘根目录下了，如果是装在其他位置的话，需要做相应修改。

利用命令转换网格：

cd $FOAM_RUN/cylinder fluentMeshToFoam cylinder

转换成功出现如下图所示提示：

利用Tree命令查看此时cylinder文件夹下的组织形式为：

├── 0 │   ├── p │   └── U ├── constant │   ├── polyMesh │   │   ├── boundary │   │   ├── cellZones │   │   ├── faces │   │   ├── faceZones │   │   ├── neighbour │   │   ├── owner │   │   ├── points │   │   └── pointZones │   └── transportProperties ├── cylinder.msh └── system     ├── blockMeshDict     ├── controlDict     ├── fvSchemes     └── fvSolution  4 directories, 16 files

利用命令查看boundary文件内容：

nano constant/polyMesh/boundary

文件内容为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       polyBoundaryMesh;     location    "constant/polyMesh";     object      boundary; }
6(     INLET     {         type            patch;         nFaces          79;         startFace       22248;     }     OUTLET     {         type            patch;         nFaces          79;         startFace       22327;     }     TOP     {         type            wall;         inGroups        1(wall);         nFaces          139;         startFace       22406;     }     BOTTOM     {         type            wall;         inGroups        1(wall);         nFaces          139;         startFace       22545;     }     CYLINDER     {         type            wall;         inGroups        1(wall);         nFaces          28;         startFace       22684;     }     frontAndBackPlanes     {         type            empty;         inGroups        1(empty);         nFaces          22480;         startFace       22712;     } )

看到文件中除了我们自己命名的INLET、OUTLET、TOP、BOTTOM、CYLINDER外，还多出了一个frontAndBackPlanes，我们的网格是2D模型，而OF只能计算3D模型，因此自动给网格拉伸了一层厚度，多了个边界。后面要处理这个边界。

5 修改p文件和U文件

修改p文件为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volScalarField;     object      p; } dimensions      [0 2 -2 0 0 0 0]; internalField   uniform 0;  boundaryField {     INLET     {         type     zeroGradient;     }
    //出口压力为0//     OUTLET     {         type     fixedValue;         value    uniform 0;     }      TOP     {         type     zeroGradient;     }     BOTTOM     {         type     zeroGradient;     }       CYLINDER     {           type   zeroGradient;     }     frontAndBack     {         type     empty;     } }

出口边界静压为0

修改U文件为以下内容。

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       volVectorField;     object      U; }

dimensions      [0 1 -1 0 0 0 0]; internalField   uniform (0 0 0);  boundaryField {
   //入口速度为1m/s//     INLET     {         type      fixedValue;         value     uniform (1 0 0);     }      OUTLET     {         type      zeroGradient;     }
   //顶部和底部均为无滑移壁面//     TOP     {         type      noSlip;     }      BOTTOM     {         type      noSlip;     }      CYLINDER     {         type      fixedValue;         value     uniform (0 0 0);     }
    //侧面一定要设置为empty//     frontAndBack     {         type      empty;     }    }

入口速度为1m/s。

6 修改transportProperties文件

设置运动粘度0.01m2/s。

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       dictionary;     location    "constant";     object      transportProperties; }
// * * * * * * * * * * * * * * * * //
nu              [0 2 -1 0 0 0 0] 0.01;

注意这里设置的是运动粘度，看量纲。

7 设置controlDict文件

修改controlDict文件为：

FoamFile {     version     2.0;     format      ascii;
    class       dictionary;     location    "system";     object      controlDict; }
// * * * * * *  * * * * * * //
application     icoFoam; startFrom       startTime; startTime       0; stopAt          endTime;
//设置计算100s
endTime         100; deltaT          0.005; writeControl    timeStep; writeInterval   20; purgeWrite      0; writeFormat     ascii; writePrecision  6; writeCompression off; timeFormat      general; timePrecision   6; runTimeModifiable true;

8 开始计算

利用命令：

cd $FOAM_RUN/cylinder icoFoam

9 后处理

利用命令启动paraview进行后处理。

paraFoam

速度分布如图所示。

腾讯传视频太慢了，这里就懒得传了。案例文件及动画链接：链接：http://pan.baidu.com/s/1nuS1uIX 密码：a2qp

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道