本案例演示利用CFX计算卡门涡街的完整流程。

1 计算模型

计算模型如图所示。

圆柱直径2m，计算模型雷诺数100，属于层流涡街。

2 CFX设置

2.1 启动CFX

• 启动CFX，如下图所示设置Work Directory，点击按钮CFX-Pre启动CFX

• 点击工具栏按钮New Case打开设置对话框，选择General项，点击按钮OK新建Case

2.2 导入计算网格

• 选择菜单File → Import → Mesh…打开文件选择对话框

• 如下图所示选择网格文件F10_S10_B15_Hex010.cfx5，点击OK按钮导入网格文件

导入模型如图所示。

2.3 计算类型设置

• 如图所示，双击模型树选项

• 如下图所示设置计算类型为Transient，设置Total为20 s，设置Timesteps为0.01 s

2.4 定义表达式

• 如下图所示定义相应的表达式

2.5 新建材料

• 如下图所示新建材料MyFluid，并指定材料属性

2.6 计算区域设置

• 鼠标双击模型树节点Default Domain打开区域设置面板

• 进入Basic Settings标签页，如下图所示设置Material为MyFluid

• 进入Fluid Models标签页，设置Heat Transfer Option为None，指定湍流模型为None(Laminar)，点击OK按钮关闭面板

2.7 边界条件设置

1、添加边界inlet

• 右键选择节点Default Domain，选择弹出对话框Insert → Boundary插入边界

• 如下图所示指定边界名称为inlet，点击OK按钮打开设置面板

• 进入面板Basic Settings标签页，设置Boundary Type为Inlet，指定Location为IN，如下图所示

• 进入Boundary Details标签页，如下图所示指定速度为FlowVelocity，点击OK按钮关闭对话框

2、插入出口边界outlet

• 如下图所示插入边界

• 指定边界名称为outlet

• 如下图所示指定边界位置为OUT

• 指定出口边界压力为0 Pa

3、壁面边界

• 插入边界Cylinder，如下图所示指定边界位置，其他参数保持默认设置

• 插入壁面RightWall

• 指定边界为Free Slip Wall

• 插入壁面LeftWall

• 指定边界为Free Slip Wall

4、定义对称边界

• 插入边界 sym1

• 插入边界sym2

注：CFX中计算二维模型必须定义对称边界。

2.8 Output控制

• 点击工具栏按钮Output Control打开输出控制设置对话框

• 如下图所示定义文件保存频率

• 定义表达式CdCylinderExpression为(force_x()@Cylinder*2)/(FluidDensity * FlowVelocity^2*0.5[m]*2[m])

• 定义表达式ClCylinderExpression为(force_y()@Cylinder*2)/(FluidDensity * FlowVelocity^2*0.5[m]*2[m])

• 如下图所示定义监测点CdCylinder

• 相同方式定义下表所示的监测点

2.9 创建初始值

• 点击按钮Global Initialization弹出设置对话框

• 定义U为FlowVelocity，定义v为tan(10[deg]*(pi/180[deg]))*FlowVelocity *step(x/1[m])

2.10 设置求解控制参数

• 鼠标双击模型树节点Solver Control弹出参数设置面板

• 如下图所示指定求解控制参数

• 点击工具栏按钮Define Run

软件会自动打开求解管理器。

2.11 求解计算

• 如下图所示设置并行计算参数，指定CPU数量，点击按钮Start Run开始求解计算

• 监测得到的升力系数曲线

• 监测得到的Monitor3速度曲线

注：这里注意输出监测数据，可以在图形显示窗口点击鼠标右键，选择Export Plot Data…将数据保存为CSV文件。注意修改x坐标为时间，默认情况下为时间步数，这里需要修改。

• 计算完毕后如下图所示，选中选项Post-Process Results，点击OK按钮打开CFD-Post进行后处理

3 计算结果

3.1 基本结果

• 20s时刻速度分布

• 速度随时间变化

注：受容量限制，这里对GIF的帧数做了大幅删减。

3.2 曲线显示

• 插入Chart

• 如下图所示指定参数

• 原始数据显示如图所示

• 激活Fast Fourier Transform，如下图所示指定参数

• 指定x轴坐标范围1~5，如下图所示

• 指定Y Function为Magnitude，如下图所示

• 绘制图形如下图所示

可看到最大值对应的频率为1.5Hz。计算Strouhal数为：

实验测量值为0.164，可以通过加密计算网格提高计算精度。

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相关文件：

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