1. 概述

卡门涡街是流体力学中重要的现象，在自然界中常可遇到，在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街。如水流过桥墩，风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。卡门涡街有一些很重要的应用，因此有必要掌握通过仿真分析方法实现的技术手段。

本文通过Fluent软件实现卡门涡街仿真分析的过程。

2. 问题描述

流体流经直径10mm圆柱，来流速度为1m/s，介质密度为10kg/m³，介质动力黏度为0.001Pa*s，如下图所示。

图1 模型示意图

3. 计算模型

3.1 流体域模型

流体域在模型处理时分成两部分，在圆柱的周围切分出一个区域用于网格控制，切分区域尺寸如下图所示。

3.2 共享拓扑

两个需要共节点连接，在几何处理模块需要设置共享拓扑，在组件属性窗口中，设置Share Topolig为Share，如下。

3.3 网格划分

网格划分采用mechanical进行，参数控制如下：

• 模型的基准尺寸为3mm；

• 对圆柱相邻区域采用局部加密，定义网格尺寸为0.5mm；

• 对圆柱边线添加尺寸控制，定义局部尺寸为0.5mm；

• 设置膨胀层，第一层厚度为0.1mm，总层数为7层，增长率为1.15。

设置完成后，进行网格划分，网格总数为44419，示意图如下。

3.4 组件定义

在mechanical中进行组件定义，在后续Fluent设置时更加的方便快捷。

针对当前案例，我们需要定义入口边界、出口边界、壁面边界等。具体如下：

3.5 分析设置

3.5.1 通用设置

修改分析类型为瞬态分析，其他保持默认。

3.5.2 湍流模型

湍流模型选择层流模型（Laminar）。

3.5.3 材料定义

修改材料参数为10kg/m³，黏度为0.001kg/(m*s)，如下。

3.5.4 边界设置

设置入口边界为速度边界，入口速度为1m/s，其他参数保持默认。

3.5.5 初始化

初始化采用标准初始化，以inlet进行初始化，如下。

3.5.6 数据监测

监测升力系数数据，如下：

3.5.7 求解

设置迭代步为2000步，时间增量为0.001s，进行求解。

4. 结果后处理

• 流速

• 升力系数与时间的关系曲线

以上就是本次分享的Ansys Fluent-圆柱绕流卡门涡街仿真案例。感兴趣的小伙伴赶快动手操练起来吧。