COMSOL案例学习（2）：非定常圆柱绕流三维模型
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非定常圓柱繞流三維模型https://cn.comsol.com/model/unsteady-3d-flow-past-a-cylinder-73041
目錄
一、案例簡介
二、模型定義
2.1 幾何模型
2.2 流入速度分布
2.3 流型的特征
2.4 升力系數(shù)和曳力系數(shù)
?三、模擬結(jié)果
3.1 升力系數(shù)隨時間的變化情況
?3.2 曳力系數(shù)隨時間的變化情況
?3.3 t=1~8 s時繪制的流線
?四、知識點(diǎn)總結(jié)
4.1 流體離散化中的P2+P2形、P2+P1形、P1+P1形函數(shù)
4.2 自動時間步進(jìn)的廣義α方法、BDF方法（向后差分公式）
4.3 將流動區(qū)域劃分為多個子域
一、案例簡介
????????圓柱繞流是計(jì)算流體力學(xué)（CFD）中常見的算例。所謂“非定常”指流體的流動狀態(tài)隨時間而改變。若流動狀態(tài)不隨時間而改變，則為“定常流動”。現(xiàn)實(shí)生活中，流體的流動幾乎都是非定常的。
????????在本案例中，主要研究了繞圓柱體0到8秒（0~8s）內(nèi)的不可壓縮三維非定常流動，計(jì)算了升力系數(shù)和曳力系數(shù)，并繪制了流線。
二、模型定義
2.1 幾何模型
????????幾何形狀是半徑為的圓柱體，其軸與軸平行，位于長方體內(nèi)（xc,yc,0）處，如圖1所示，顯示的是 = 0.05m、 = 2.5m、 = 0.5m且 = 0.5m、 = 0.2m所對應(yīng)的幾何圖形。
圖1 幾何模型：放置在長方體中的圓柱體
2.2 流入速度分布
??????? 本例中的流體為不可壓縮的牛頓流體，其運(yùn)動粘度為。流入速度分布隨時間變化：
2.3 流型的特征
??????? 流型的特征用雷諾數(shù)表示，定義為：
????????
??????? 其中，是流體密度，表示自由流的平均流速，是圓柱直徑，是流體動力粘度。
????????
2.4 升力系數(shù)和曳力系數(shù)
????????（1）升力系數(shù)：一個無量綱量，指物體所受到的升力與流體動壓和參考面積的乘積之比。
????????（2）曳力系數(shù)：一個無量綱量，一般指流體阻力系數(shù)，指一個物體在流體（液體或氣體）中和流體有相對運(yùn)動時，物體會受到流體的阻力。阻力的方向和物體相對于流體的速度方向相反，其大小和相對速度的大小有關(guān)。
??????? 在本例中，升力系數(shù)和曳力系數(shù)是時間的函數(shù)：
??????? 其中，和表示曳力和升力，是投影面積 。
?三、模擬結(jié)果
3.1 升力系數(shù)隨時間的變化情況
?圖2? 升力系數(shù)隨時間的變化曲線
?3.2 曳力系數(shù)隨時間的變化情況
??圖3? 曳力系數(shù)隨時間的變化曲線
?3.3 t=1~8 s時繪制的流線
???圖4? t=1s時的流線
????圖5? t=2s時的流線
?????圖6? t=3s時的流線
??????圖7? t=4s時的流線
???????圖8? t=5s時的流線
????????圖9? t=6s時的流線
?????????圖10? t=7s時的流線
???????圖11? t=7.95s時的流線
?四、知識點(diǎn)總結(jié)
4.1 流體離散化中的P2+P2形、P2+P1形、P1+P1形函數(shù)
??????? （1）離散化的含義是什么？
??????? 詳細(xì)內(nèi)容見鏈接?????????離散化的含義是什么？它對網(wǎng)格和求解結(jié)果有什么影響？ - 知乎
????????（2）P2+P2與P2+P1、P1+P1相比，前者更穩(wěn)健且更準(zhǔn)確。
4.2 自動時間步進(jìn)的廣義α方法、BDF方法（向后差分公式）
??????? ????????????????????????? ???????? 瞬態(tài)求解器提供三種不同的時間步進(jìn)方法：廣義\alp方法、隱式向后差分公式以及顯示龍格-庫塔系列方法。
????????（1）隱式向后差分公式：一種使用向后差分公式的隱式求解器，其精度在一階到五階之間變化，以穩(wěn)定性而著稱。（詳細(xì)內(nèi)容請見鏈接） ?????
????????（2）廣義α方法：與二階向后差分公式類似，但底層技術(shù)不同。（詳細(xì)內(nèi)容請見鏈接）
????????（3）顯示龍格-庫塔系列方法：最適用于“常微分方程組”，但對于涉及“偏微分方程”的問題，往往不是很有效。（詳細(xì)內(nèi)容請見鏈接）
4.3 將流動區(qū)域劃分為多個子域
??????? 在本例中，通過PDF教程中的步驟進(jìn)行操作將流動區(qū)域劃分為多個子域，這樣可在遠(yuǎn)離圓柱體的區(qū)域使用較粗化的網(wǎng)格，節(jié)省計(jì)算資源。
持續(xù)更新中.................................................................
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的COMSOL案例学习（2）：非定常圆柱绕流三维模型的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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