二维圆柱绕流



  • 请问模拟二维圆柱绕流问题,边界条件和初始条件应该怎么设置,选择icoFoam进行模拟


  • 网格教授 OpenFOAM教授 管理员

    圆柱绕流预测比较好的CFD数据来和实验对比目前论坛里有很多人在做,比如 @random_ran 。我可以告诉你一些简单的普适性的设置,更准确的结果可以听一下 @random_ran 的实际经验。

    通常进行类似的外流场模拟,存在进口,出口和壁面三个边界条件。目前CFD中最稳定的边界条件组合是:进口固定速度,压力零梯度,出口速度零梯度,压力固定值。壁面速度为零,压力零梯度。同时最好将出口和进口适当延长以减少进出口边界条件对内场的影响。其他的进一步细化调整可以获得更精确的结果。

    论坛里有好多关于圆柱绕流的讨论并且非常详细,你可以搜索看看,
    但愿可以给你一定的启发作用。


  • OpenFOAM副教授

    @李东岳 最近确实有这个打算把之前从雷诺数从小到大一路做上来的各种数据好好总结一下。

    @鹏程 你提供的信息量实在是太小了,模拟圆柱绕流可以做的很简单,比如做一些好看的视频,也可以做的超复杂,比如Zdravkovich倾尽自己30年,总结自己读过的超过1000篇文献写成两本书。 你的模拟目的是什么?为什么选择icoFoam?提供更多,更全面的信息,别人才能有可能明白你想干什么。而且很多时候,在你思考如何写提问帖子的过程中,可能你自己就把自己的问题就解决了。



  • @李东岳 非常感谢您的回复!



  • @random_ran 感谢您的宝贵意见!



  • 在OpenFOAM中监测圆柱绕流的升力系数和阻力系数,对于CofR liftDir dragDir pitchAxis 以及Aref的定义不是很清楚,希望能能解答一下?


  • OpenFOAM副教授

    @鹏程

    OpenFOAM 只提供3D求解,二维网格O.F.的处理方式是在z方向上复制你的二维网格,这两个平面之间的距离可以到

    constant/polyMesh/points
    

    中找到两个点的距离。

    我拿3D问题来解释一下这端O.F.的代码吧:

    forceCoeffs
    {
        log         yes;
        writeControl   timeStep;
        writeInterval    10;
        patches     ( CYLINDER );
    
        magUInf     10.5;
        lRef        3.14; //  圆柱的轴向长度
        Aref        3.14; // 注意这个面积是圆柱的直径乘以圆柱的轴向长度
                          
        liftDir     (0 1 0); 
        dragDir     (1 0 0); 
    
        CofR        (0 0 0); 
        pitchAxis   (0 1 0);
    
        #includeEtc "caseDicts/postProcessing/forces/forceCoeffs.cfg"
    }
    

    CofR 和PitchAxis 你可以参考 源代码的注释



  • @random_ran 请问对于一个二维翼型来说,CofR这个旋转中心怎么设定呢?


  • OpenFOAM副教授

    https://github.com/OpenFOAM/OpenFOAM-2.2.x/blob/1f35a0ff2a58105bbfce2259a74df47334a0fa53/src/postProcessing/functionObjects/forces/forces/forces.H#L86

    可以考察任意一点的扭矩,看你更关心什么。
    机翼应该更关注 Aerodynamic Center. 大约距离 leading edge 1/4 chord length 的位置. 参考资料



  • @random_ran 嗯,感谢



  • @random_ran 老师您好,我最近也在进行二维圆柱绕流模拟,Re=6900,层流模型和kw,SST模型下都有涡脱落,但是阻力系数过大,Cd=1.8左右,使用ke模型的时候,流场中没有涡脱落,阻力系数就是一条水平直线,而且数值太小,Cd=0.7左右,我试着改了不同的参数,结果无变化,现在非常着急,老师您能留个联系方式吗?我想向您请教一些技术上的问题,或者您没有简单的二维cas算例文件,能否发我参考学习一下,不胜感激!邮箱huangguo2010@126.com,QQ460285779


  • OpenFOAM副教授

    @beidu

    不知道你还能看到吗。 那个时候我在写毕业论文。

    如果是二维绕流的话,Re= 6900, 我强烈建议你把二维模型变成3维模型, (icem-cfd 很容易做到 [extrude]),Cd 会有显著的下降。 这不只是我自己的经验,很多文献中也提到了这点。

    我自己也尝试过 $k-(\epsilon)$ 模型, 相对于 LES 或者SA-DES, Cd的震荡要小的多。 如果已经用 $k-\omega$,SST 得到了 vortex shedding, 为什么还要用 $k-(\epsilon)$ 模型呢?

    Wilcox D. (1998) 书中提到了 $k-(\epsilon)$ 的弱点:

    Considering how poorly the $k-(\epsilon)$ model performs for boundary layers in adverse pressure gradient and for the two-dimensional backward-facing step, it is not surprising that the model would predict such a large difference from the measured drag in this extremely complicated three-dimensional, massively-separated flow.

    Wilcox, David C (1998). "Turbulence Modeling for CFD". Second edition. Anaheim: DCW Industries, 1998. pp.162-163