案例5-大气流场-埃菲尔铁塔

1.案例介绍

埃菲尔铁塔是法国最著名的旅游景点之一，总高为324m，而其在不同气象条件下周围大气的流动特性具有较大差异，而想要了解风吹过埃菲尔铁塔时大气的具体特性，直接测量是非常困难的。传统的测量方法不仅成本高昂，而且存在诸多局限性，难以获取全面的数据。然而，流体仿真提供了一种有效的解决方案。通过建立埃菲尔铁塔的数字模型，并利用流体动力学软件进行模拟，我们可以预测空气在铁塔周围的流动特性。模型如下图：

2.计算文件

网格文件：eiffel3.med

计算数据文件：meteo_wind

3.操作说明

本案例在格物CAE -> 大气流场仿真模块模块中完成。

3.1 网格导入

下载网格文件，在 大气流场仿真 -> 网格中，类型选择 上传网格，点击上传网格，依照指示将网格文件导入。

3.2 选择湍流模型

点击 大气流场仿真，进行湍流模型的选取。选择湍流模型为 k-epsilon，时变特性为 稳态，大气流场类型选择 干燥大气，其他保持默认，设置完成情况如图所示：

3.3 全局模型

在 大气流场仿真 -> 全局模型 中，设置z方向重力大小 - 9.81 m/s2，负号表示沿 z 轴负方向，其余方向重力设为 0，设置完成情况如图所示：

3.4 大气流场

在 大气流场仿真 -> 大气流场 中，设置大气数据类型为 气象数据文件，点击 本地上传 上传气象数据文件 meteo_wind，设置情况如图所示：

3.5 选择材料

点击 大气流场仿真 -> 材料 右侧的 [+]，添加流体材料 空气 。在大气流场仿真模块中，空气物性无法修改，保持默认，如图所示：

3.6 初始条件

点击 大气流场仿真 -> 初始条件，设置初始状态下流场的速度均为 0，设置湍流初值为 自定义，温度设置为 300K，设置完成情况如图所示：

3.7 边界条件

点击 大气流场仿真 -> 边界条件 右侧的 [+]，依此进行如下边界条件的定义：

• 大气边界-入口

选择大气边界，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 inlet，设置完成情况如图所示：

• 大气边界-出口

选择大气边界，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 outlet，其余保持默认，设置完成情况如图所示：

• 壁面

选择壁面，温度类型设置为定温度300K，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 bottom1、bottom2、wall_in，其余保持默认，设置完成情况如图所示：

• 对称面

选择对称面，点击 施加位置右侧的 [+]，施加位置勾选 sym1、sym2、top、wall_left，设置完成情况如图所示：

3.8 设置时间步和计算资源

点击 大气流场仿真 > 时间步&资源，保持 定时间步长计算 ，选择时间步数为 10，时间步长为 1 s，选择使用的核数为 32 , 输出频率为 1 ，即每计算1步输出一帧后处理结果，如图所示：

4. 提交计算和查看仿真结果

设置完成后，点击 仿真计算，点击 开始计算，即可提交计算。

计算完成后，在大气流场仿真处会显示绿色图标，同时仿真计算处会显示成功，此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 Velocity/Magnitude ，即可观看建筑群周边的流场分布到达稳态。