محاسبه جریان سیال در پشت بدنه ای مانند خودرو به دلیل جریان های ناپایدار دشوار است. دنباله پشت چنین بدنه ای از گرداب های نامرتب در هر اندازه تشکیل شده است که کشش زیادی روی بدنه ایجاد می کند. در مقابل، آشفتگی در لایه‌های مرزی نازک در کنار بدنه‌های ساده هواپیما و ماهی تنها اختلالات ضعیفی در جریان ایجاد می‌کند.

یک استثنا در این مورد زمانی اتفاق می‌افتد که یک بدن باریک را در زوایای قائم با جریان آهسته قرار دهید زیرا گرداب‌ها سازماندهی می‌شوند. یک خیابان گرداب فون کارمان با فرکانس قابل پیش بینی ظاهر می شود و شامل ریختن گرداب ها از طرف های متناوب است. نمونه‌های روزمره این پدیده شامل آواز خواندن سیم‌های تلفن و ارتعاش آنتن رادیویی خودرو در جریان هوا است.

از نقطه نظر مهندسی، پیش‌بینی فرکانس ارتعاشات در سرعت‌های مختلف سیال و در نتیجه اجتناب از تشدید نامطلوب بین ارتعاشات سازه‌های جامد و ریزش گرداب مهم است. برای کمک به کاهش چنین اثراتی، مهندسان کارخانه یک مارپیچ را در قسمت بالایی دودکش های بلند قرار می دهند. تغییر شکل حاصل از تداخل سازنده عناصر گردابی که سازه از موقعیت های مختلف می ریزد، جلوگیری می کند.

برای نشان دادن اینکه چگونه می‌توانید چنین اثراتی را مطالعه کنید، مدل زیر جریان ناپایدار و تراکم‌ناپذیری را از کنار یک استوانه بلند که در کانالی با زاویه قائم به سیال روبرو قرار گرفته است، بررسی می‌کند. با مشخصات سرعت ورودی متقارن، جریان به نوعی عدم تقارن نیاز دارد تا تولید گرداب را آغاز کند. این را می توان با قرار دادن سیلندر با فاصله کمی از مرکز جریان به دست آورد.

پیش‌بینی زمان شبیه‌سازی لازم برای ظاهر شدن یک الگوی جریان دوره‌ای دشوار است. یک پیش بینی کننده کلیدی عدد رینولدز است که بر اساس قطر سیلندر است. برای مقادیر کم (زیر 100) جریان ثابت است. در این شبیه‌سازی، عدد رینولدز برابر با 100 است که یک خیابان گرداب فون کارمان توسعه‌یافته را نشان می‌دهد، اما جریان هنوز کاملاً آشفته نیست.

فرکانس و دامنه نوسانات ویژگی های پایداری هستند، اما جزئیات جریان به شدت به آشفتگی ها حساس هستند. برای به دست آوردن قدردانی از این حساسیت، می‌توانید تصاویر جریانی را که همزمان گرفته شده‌اند، اما با تفاوت‌های جزئی که توسط تلورانس‌های مختلف برای مرحله زمانی ایجاد می‌شوند، مقایسه کنید. توجه به این نکته مهم است که این حساسیت یک واقعیت فیزیکی است و صرفاً یک مصنوع عددی نیست.

قبل از محاسبه نیروهای متغیر زمان بر روی استوانه، می توانید روش محاسبه را با عدد رینولدز پایین تر با استفاده از حل کننده غیرخطی مستقیم تأیید کنید. این باعث صرفه جویی در زمان می شود زیرا می توانید خطاها و اشتباهات ساده را قبل از شبیه سازی نهایی وابسته به زمان پیدا کرده و تصحیح کنید که به زمان قابل توجهی نیاز دارد.

نیروهای چسبناک روی سیلندر با گرادیان میدان سرعت در سطح سیلندر متناسب است. ارزیابی گرادیان سرعت روی مرز با تمایز مستقیم راه‌حل FEM ممکن است اما چندان دقیق نیست. این تمایز چند جمله ای های مرتبه 1 را هنگامی که عناصر درجه دوم برای میدان سرعت استفاده می شود، تولید می کند. یک روش به مراتب بهتر استفاده از یک جفت عملگر نیروی واکنش برای محاسبه انتگرال نیروهای ویسکوز است که با انتگرال های دقیق مرتبه دوم نیروهای ویسکوز قابل مقایسه است. یک رویکرد جایگزین استفاده از یک جفت متغیر با محدودیت ضعیف برای اعمال شرایط بدون لغزش است. هنگام محاسبه انتگرال نیروهای واکنش یا شار در پس پردازش، ترجیحاً از عملگر نیروی واکنش به جای قیود ضعیف استفاده کنید.

خود نیروهای درگ و لیفت به اندازه ضرایب درگ و لیفت بدون بعد جالب نیستند. اینها فقط به عدد رینولدز و شکل یک جسم بستگی دارند، نه اندازه آن. ضرایب به صورت تعریف شده است

با استفاده از پارامترهای زیر:

شکل 1 الگوی جریان حاصل از هندسه را نشان می دهد.

جریان در اطراف یک استوانه یک آزمایش معیار رایج برای الگوریتم‌های CFD است. تیم‌های تحقیقاتی مختلف با استفاده از تکنیک‌های مختلف نقاط قوت خود را روی این مشکل امتحان کرده‌اند. نتایج برخی از این آزمایش‌ها توسط Schäfer و Turek جمع‌آوری شده است .

شکل 2 نشان می دهد که چگونه ضریب بالابر با تشکیل ساختار گرداب فون کارمان، یک تغییر دوره ای ایجاد می کند.

از منوی File ، New را انتخاب کنید .

در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .

در مرحله بعد، یک ویژگی تابع مرحله هموار ایجاد کنید که برای افزایش سرعت جریان از آن استفاده خواهید کرد.

برای بازتولید نمودار در شکل 1 ، یک ردیابی ذرات با گره جرمی را به اولین گروه نمودار پیش فرض اضافه کنید .

برای بازتولید شکل 2 و شکل 3 از ضرایب بالابر و درگ، ابتدا یک مجموعه داده انتگرال برای محاسبه نیروی واکنش کل روی سیلندر اضافه کنید.

در نوار ابزار نتایج ، روی  More  Datasets کلیک کنید و Evaluation>Integral را انتخاب کنید .

در نهایت با استفاده از مراحل زیر ضریب درگ را تجسم کنید: