本算例演示如何使用求解录制和播放模块来捕捉瞬态计算的结果。

1 问题描述

计算模型如下图所示。

空气流经直径D=0.01 m的圆柱体。自由来流速度为0.15 m/s，流动雷诺数为75，算例采用层流计算。计算Strouhal数及涡脱落频率，并将计算的结果与文献数据进行比较。

2 计算设置

• 启动STAR CCM+并新建Simulation
• 利用菜单File > Import > Import Volume Mesh打开网格文件vortexSheddingDomainMesh.ccm

计算网格如下图所示。

2.1 选择物理模型

• 右键选择模型树节点Continua → Physics → Models，点击弹出菜单项Select Models… 打开模型选择对话框

• 选择以下物理模型
• Implicit Unsteady
• Gas
• Coupled Flow
• Constant Density
• Laminar

选择完毕后如下图所示。

2.2 设置材料属性

• 鼠标双击模型树节点Models > Gas > Air > Material Properties，如下图所示设置材料介质参数

2.3 设置初始化条件

• 如下图所示，设置初始速度为**[0.15 0]**

2.4 设置边界条件

• 鼠标双击模型树节点Regions > Fluid_Domain > Boundaries > Inlet，在打开的对话框中指定入口速度为0.15 m/s

2.5 创建Scalar Scene

• 右键选择模型树节点Scenes，点击弹出菜单项

• 设置Scalar Field为Vorticity > Magnitude，如下图所示设置Scene的参数，查看涡量分布

• 选中Scalar 1节点，设置Contour Style为Smooth Filled
• 展开节点Tools > Annotations，拖拽节点Solution Time到图形窗口中

图形窗口如下图所示。

2.6 添加升力报告

• 右键选在模型树节点Reports，点击弹出菜单项New Report > Flow / Energy > Force Coefficient
• 命名节点为Coefficient of Lift，如下图所示设置参数

• 右键选择节点Coefficient of Lift，点击弹出菜单项Create Monitor and Plot from Report创建绘图

2.7 设置求解参数

• 选中模型树节点Solvers → Implicit Unsteady，设置Time Step为0.02 s

• 鼠标双击模型树节点Stopping Criteria
• 设置Maximum Inner Iterations为15
• 设置 Maximum Physical Time为8 s

2.8 指定求解历史

• 右键选择模型树节点Solution Histories，点击弹出菜单项New… 新建历史文件vortexSheddingData.simh

• 双击模型树节点vortexSheddingData，进行如下图所示设置

Auto-Record属性按所需的间隔将数据记录到解决方案历史记录文件中。如果不想在求解器运行时记录数据，请取消激活此设置。Path特性显示仿真历史文件的相对路径。State属性显示存储在所选解决方案历史文件中的保存状态数；当前显示0，因为求解程序尚未运行。

”

2.9 求解计算

• 选择菜单项Solution → Run开始计算

3 计算结果

3.1 监测结果

• 8 s时刻涡量云图分布

• 升力系数

3.2 验证结果

Strouhal数定义为：

式中为涡脱落频率；为圆柱直径；为自由来流速度。本算例中文献Daily et al.^[1]给出的值为0.15，因此，涡脱落的理论频率计算为2.25Hz，相应的周期为0.444秒。

局部放大升力系数曲线。如下图中绿色框选位置。

放大之后如下图所示，可以看到周期接近0.44，也可以将曲线输出到文件中进行精确计算。

3.3 创建录制的求解视图

• 右键选择模型树节点Solution Histories > vortexSheddingData，点击弹出菜单项Create Recorded Solution View

此时在Solution Views节点下多出一个名为vortexSheddingData的子节点。

动画如下图所示。

参考资料