五.从卡门涡街看FLUENT设置依据

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.

图4.动画操作

11. contours设置：选择pressure,单击display,显示窗口界面会显示压力云图。此处选择什么物理量，最终的动画就会显示什么物理量。

12. 运行计算，计算 unsteady flow 的时候，fluent 是从前一个时间算到下一个时间的，从这个意思上来就认为是“time step”，一个时间接一个时间，而每个时间就相当于一个准稳态，因此计算的时候需要 Max Iterations per Time Step，这个就像你在计算稳态时候需要设置的一样，在达到 iteration 次数之前收敛就完成这个 time step，否则就算到所规定的次数。有关 time step size 的设定。

既然是一个时间接一个时间计算的，那就存在一个问题，两个时间之间的间隔是多少？我个人经验是比特征长度除以特征速度所得的时间小二个量级或者更小，比如流体以入口速度1m/s要经过1米的计算段，那么这个time step size就是 0.01 秒或者更小些。

当然这不是最终方案，fluent 中提供了一个调整的判断依据，在每个时间(time step) 计算的 Iterations 在 5-10 次是最理想的。

13. 最后的生成动画，animations-Solution Animation Playback-write，表示将图片拼接成了动画。

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