基于大渦模擬的圓柱繞流水動(dòng)力特性分析.pdf

1、圓柱繞流作為鈍體繞流中最基本的形式廣泛存在于工程領(lǐng)域，而在特定流動(dòng)條件下，流體流經(jīng)柱形結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)在柱形結(jié)構(gòu)后方形成交替漩渦脫落的卡門(mén)渦街。該現(xiàn)象是由于繞流圓柱兩側(cè)自由剪切層在柱體后方出現(xiàn)流動(dòng)分離并規(guī)律脫落造成。而流動(dòng)分離必然造成柱體近壁處流動(dòng)失穩(wěn)，柱體表面受力發(fā)生變化，引起周期性水動(dòng)力系數(shù)振蕩，嚴(yán)重時(shí)引起柱體結(jié)構(gòu)共振，造成嚴(yán)重破壞。同時(shí)處于柱體繞流流場(chǎng)周圍的其他結(jié)構(gòu)會(huì)受到不同程度影響。
　　本文基于FLUENT軟件平臺(tái)，選取具有豐

2、富流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的Re=3900的典型亞臨界流動(dòng)工況進(jìn)行大渦模擬分析，分別進(jìn)行網(wǎng)格、計(jì)算模型、離散格式、步長(zhǎng)及時(shí)均取樣區(qū)間的可靠性驗(yàn)證，隨后運(yùn)用大渦模擬方法對(duì)定常來(lái)流下不同Re數(shù)流動(dòng)條件下的單圓柱繞流進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析不同工況下圓柱水動(dòng)力特性，同時(shí)考察圓柱繞流近尾流區(qū)域（L＜10D）時(shí)均及瞬態(tài)流場(chǎng)特性。由于實(shí)際工程中柱體結(jié)構(gòu)多數(shù)情況下并非單獨(dú)存在，處于相鄰流場(chǎng)內(nèi)的柱體結(jié)構(gòu)，其各自繞流流動(dòng)會(huì)相互影響產(chǎn)生不同于單柱體繞流的流動(dòng)特性。在考察單圓

3、柱繞流不同Re數(shù)流態(tài)后，對(duì)Re=1000工況下，多種間距比的串列、并列雙圓柱進(jìn)行大渦模擬，分析其水動(dòng)力特性、時(shí)均和瞬態(tài)流場(chǎng)特性。
　　對(duì)Re=3900工況的單圓柱繞流進(jìn)行網(wǎng)格及計(jì)算模型等因素的系統(tǒng)化無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，提出了一套可靠的亞臨界區(qū)間柱體繞流大渦模擬數(shù)值計(jì)算方案，并運(yùn)用該計(jì)算方案對(duì)不同Re數(shù)單圓柱繞流和不同間距比的串、并列雙圓柱繞流進(jìn)行系統(tǒng)分析，得到Re數(shù)對(duì)圓柱繞流流動(dòng)分離及尾流場(chǎng)的影響規(guī)律，同時(shí)得出不同布置雙圓柱繞流流動(dòng)水動(dòng)力