附屬桿對(duì)圓柱繞流減阻特性的三維數(shù)值模擬研究.pdf_第1頁
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1、研究圓柱繞流的減阻控制對(duì)于減小流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)、提高結(jié)構(gòu)體抗疲勞強(qiáng)度有著非常重要的意義。數(shù)值模擬能夠克服實(shí)驗(yàn)的不足,高效的給出相關(guān)流場(chǎng)的具體信息,計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬已逐漸成為流體力學(xué)強(qiáng)有力的研究工具。本文利用流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法對(duì)圓柱繞流減阻問題進(jìn)行系統(tǒng)研究。采用有限體積法對(duì)二維和三維流場(chǎng)進(jìn)行求解。
  本課題首先模擬計(jì)算了三維低雷諾數(shù)情況下,圓柱繞流尾跡的三維轉(zhuǎn)換特征,觀察到了兩種三維轉(zhuǎn)換模式mode A和mode B。當(dāng)雷諾數(shù)Re>1

2、80時(shí),由于卡門渦在渦脫落過程中的變形,出現(xiàn)了流向渦環(huán),其展向尺度大約為3倍直徑;當(dāng)Re>230時(shí),卡門渦的展向尺度變形更均勻,形成更精細(xì)尺度的流向渦對(duì),其展向尺度大約為一倍直徑,它們分別與經(jīng)典的Strouhal-Reynolds曲線的兩處不連續(xù)相對(duì)應(yīng)。
  然后,本課題對(duì)層流情況下Re=200和湍流情況下Re=55000時(shí),針對(duì)直徑為50mm的圓柱體前端對(duì)稱布置兩個(gè)直徑均為4mm的附屬桿的特定減阻結(jié)構(gòu)體,通過改變附屬桿相對(duì)于主圓

3、柱之間的角度,研究了附屬桿對(duì)主圓柱流動(dòng)升阻力、渦旋脫落頻率、渦量和流線圖等流場(chǎng)特征的影響,在湍流模擬中選取了標(biāo)準(zhǔn)的kω模型。結(jié)果顯示:附屬桿相對(duì)于圓柱的角度位置對(duì)圓柱時(shí)間平均阻力系數(shù)影響較為敏感,存在升阻力系數(shù)達(dá)到最小,Strouhal數(shù)達(dá)到最大的最佳角度。當(dāng)Re=200和Re=55000時(shí),最佳角度位置分別為40°和30°。當(dāng)Re=200時(shí),較單圓柱分別減少阻力系數(shù),脈動(dòng)阻力系數(shù)及脈動(dòng)升力系數(shù)21%,32%,28%;當(dāng)Re=55000

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