附屬桿對圓柱繞流減阻特性的三維數(shù)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(jié)構(gòu)體抗疲勞強度有著非常重要的意義。數(shù)值模擬能夠克服實驗的不足，高效的給出相關(guān)流場的具體信息，計算機數(shù)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(shù)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(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。當雷諾數(shù)Re>1

2、80時，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(jīng)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(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)影響較為敏感，存在升阻力系數(shù)達到最小，Strouhal數(shù)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(shù)，脈動阻力系數(shù)及脈動升力系數(shù)21％，32%，28%；當Re=55000