附屬桿對圓柱繞流減阻特性的三維數值模擬研究.pdf

1、研究圓柱繞流的減阻控制對于減小流動誘發(fā)振動、提高結構體抗疲勞強度有著非常重要的意義。數值模擬能夠克服實驗的不足，高效的給出相關流場的具體信息，計算機數值模擬已逐漸成為流體力學強有力的研究工具。本文利用流體力學數值計算方法對圓柱繞流減阻問題進行系統(tǒng)研究。采用有限體積法對二維和三維流場進行求解。
　　本課題首先模擬計算了三維低雷諾數情況下，圓柱繞流尾跡的三維轉換特征，觀察到了兩種三維轉換模式mode A和mode B。當雷諾數Re>1

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

3、柱之間的角度，研究了附屬桿對主圓柱流動升阻力、渦旋脫落頻率、渦量和流線圖等流場特征的影響，在湍流模擬中選取了標準的kω模型。結果顯示：附屬桿相對于圓柱的角度位置對圓柱時間平均阻力系數影響較為敏感，存在升阻力系數達到最小，Strouhal數達到最大的最佳角度。當Re=200和Re=55000時，最佳角度位置分別為40°和30°。當Re=200時，較單圓柱分別減少阻力系數，脈動阻力系數及脈動升力系數21％，32%，28%；當Re=55000