方柱繞流減阻被動控制方法研究.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文方柱繞流減阻被動控制方法研究方柱繞流減阻被動控制方法研究ThePassiveControlStrategyftheFlowPastSquareCylinder一級學(xué)科：動力工程及工程熱物理學(xué)科專業(yè)：動力工程作者姓名：徐亞坤指導(dǎo)教師：汪健生副教授企業(yè)導(dǎo)師：崔亮高級工程師天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年十二月中文摘要中文摘要在實(shí)際工程領(lǐng)域中，鈍體繞流一直為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)問題。本文采用數(shù)值模擬方法，研究了鈍體繞流尾流特性及

2、其規(guī)律特性。針對流體的不同流動狀態(tài)，采用幾種不同的被動控制方法，實(shí)現(xiàn)減小繞流方柱的流動阻力以及抑制其尾流振蕩。當(dāng)雷諾數(shù)較低時，即層流狀態(tài)下，在方柱近尾流區(qū)域設(shè)置一對平行薄板或者增加一排柵欄，改變其尾流特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流動減阻及抑制渦脫落的效果。當(dāng)雷諾數(shù)較高時，即湍流狀態(tài)下，在方柱后面連接一柔性薄板，通過流固耦合作用，實(shí)現(xiàn)減阻及控制尾流穩(wěn)定性。本文的數(shù)值研究結(jié)果表明：在層流狀態(tài)下，即60≤Re≤200時，在方柱近尾流區(qū)域加有一對平行薄板，可

3、以改變其尾流特性。在一定間距下，平行薄板的存在可以“引導(dǎo)”方柱表面所形成的卡門渦街進(jìn)入平行板之間，由此可使方柱繞流的臨界雷諾數(shù)得以大幅度提高，從而延遲了方柱表面的渦脫落。而方柱繞流的特征系數(shù)，如升力系數(shù)的均方根值以及斯特勞哈爾數(shù)均降低。此外，平行薄板的存在可使方柱前駐點(diǎn)區(qū)以及后分離區(qū)的壓差減小，從使得其流動阻力減小。其中在間隙比SD=2.0，Re=150條件下，方柱的流動減阻效果最為顯著，其減阻效果可達(dá)15.45%。而在方柱近尾流區(qū)域設(shè)

4、置一排柵欄，可以分離或破碎已經(jīng)方柱表面所形成的卡門渦街，使得尾流區(qū)的大渦結(jié)構(gòu)變?yōu)樾〕叨葴u，其減阻效果顯著；在間隙比LPD=0.4Re=150條件下，其流動減阻效果最為顯著，減阻可達(dá)31.33%。在湍流狀態(tài)下，利用雙向流固耦合思想在方柱后表面設(shè)置一柔性薄板，渦脫落以及流型明顯改變，對比單方柱，阻力系數(shù)平均值可降低34.6%，升力系數(shù)均方根值降低84.8%，流場震蕩明顯減低，St降低79.5%。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：被動控制；分離薄板；柵欄；流固