方形鈍體繞流湍流場(chǎng)特征參數(shù)研究.pdf

1、鈍體繞流廣泛存在于航天、建筑、交通、環(huán)境等許多研究領(lǐng)域，因流體在鈍體表面產(chǎn)生大范圍的分離并形成寬闊的伴有旋渦脫落現(xiàn)象的尾流，使得具有簡(jiǎn)單幾何邊界的方形鈍體周圍的湍流場(chǎng)的模擬變得非常復(fù)雜。不僅為考察數(shù)學(xué)模型的計(jì)算能力，更為了保證建筑結(jié)構(gòu)安全、減弱熱島現(xiàn)象、強(qiáng)化換熱、促進(jìn)污染物的擴(kuò)散，對(duì)這種流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行深入研究是十分必要和有意義的。
　　 本文通過分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題基礎(chǔ)上，結(jié)合理論分析、數(shù)值研究和實(shí)驗(yàn)方法主要完成了以下工作

2、：
　　 首先研究了邊界條件對(duì)鈍體湍流場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的影響，通過對(duì)不同入口流速與湍流強(qiáng)度的多種工況的數(shù)值計(jì)算，考察了入流速度變化對(duì)流場(chǎng)中方形鈍體頂部回流區(qū)分離長(zhǎng)度及是否會(huì)產(chǎn)生附著的影響，分析了影響機(jī)理，確定了不同條件下速度函數(shù)中指數(shù)m的適用值，從而提高模型對(duì)繞流湍流場(chǎng)的預(yù)測(cè)的能力。分析了湍流強(qiáng)度對(duì)方形鈍體頂面壓力分布的影響，當(dāng)湍流強(qiáng)度逐漸增大時(shí)，最大湍流動(dòng)能kmax會(huì)向前移動(dòng)并開始靠近鈍體前緣拐點(diǎn)。
　　 通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)

3、κ-ε模型在研究方形鈍體繞流運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的問題，特別是鈍體尖角處模擬計(jì)算值過高估算的問題深入分析發(fā)現(xiàn)，不能準(zhǔn)確計(jì)算鈍體頂部回流渦及湍流動(dòng)能最大值kmax位置的原因，并不是完全由標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型本身造成，更要考慮如何處理鈍體邊界處的壁面處理方法，通過對(duì)尖角處ρw和ρv相交過程的詳細(xì)分析，明確了問題的原因，提出通過限制流體在鈍體尖角轉(zhuǎn)彎處來流方向的速度的方法，降低數(shù)值離散中控制體內(nèi)數(shù)據(jù)傳遞的誤差，消除橫向速度在尖角處出現(xiàn)比實(shí)際值大的現(xiàn)象，從而達(dá)

4、到準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鈍體湍流場(chǎng)特征參數(shù)的目的。
　　 采用限定邊界條件的方法，使用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型和LES模型對(duì)風(fēng)洞內(nèi)貼壁方形鈍體繞流進(jìn)行模擬計(jì)算，與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型的精度和適用性。同時(shí)分析了網(wǎng)格精度和計(jì)算域敏感度對(duì)LES模型模擬的影響，提出網(wǎng)格加密不會(huì)自動(dòng)導(dǎo)致更好的結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的吻合度比細(xì)網(wǎng)格的更好。
　　 本文利用粒子成像PIV測(cè)速技術(shù)測(cè)量了通道內(nèi)矩形截面貼壁方柱鈍體模型的速度場(chǎng)，與模

5、擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，除尾部回流區(qū)高于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其他位置結(jié)果較吻合，驗(yàn)證了限定迎風(fēng)尖角壁面條件的基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型的預(yù)測(cè)能力。
　　 選用德克薩斯州技術(shù)大學(xué)校園內(nèi)的一棟測(cè)試建筑物(TTU)和玻璃屋(GLH)兩種全尺寸建筑模型，考察了在大氣邊界層內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型的適用性，通過模擬風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算，在確定合適的入口邊界后獲得與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較吻合的壓力場(chǎng)結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了RANS法可用于大型工程流場(chǎng)研究，并研究明確了網(wǎng)格尺寸和分布、計(jì)算域