鈍體繞流及風致振動流固耦合的CFD研究.pdf

1、本文在總結以往學者在CFD研究理論的基礎之上，采用有限體積法，利用SST湍流模型以及大渦模型進行湍流的模擬，并結合動網(wǎng)格方法對工程中較常用斷面的靜止、風致振動下的流場進行了數(shù)值模擬，同時針對傳統(tǒng)風洞試驗中條件難以實施，而工程實際中急需解決的問題進行了研究。本文主要包括以下一些工作：
　　1、以工程使用最多的圓形截面為研究對象，通過使用計算流體動力學方法，分別采用SST湍流模型與大渦湍流模型對不同雷諾數(shù)下的三維圓柱進行了非定常繞流數(shù)

2、值模擬。著重研究了三維圓柱的阻力系數(shù)、升力系數(shù)和斯脫羅哈數(shù)隨Re數(shù)的變化規(guī)律及其三維流動特性。通過與已有試驗結果與數(shù)值模擬結果進行比較，驗證了兩種湍流模型在鈍體外型結構計算中的準確性，為本文工作的進一步開展提供依據(jù)。
　　2、采用CFD方法研究了全尺寸雙曲冷卻塔在運行過程中內外表面的平均風壓系數(shù)。首先，通過對規(guī)范內規(guī)定高度的某冷卻塔進行外表面風壓系數(shù)計算，考慮全尺寸冷卻塔混凝土表面粗糙度對外表面風壓系數(shù)的影響，將結果與以往風洞試驗

3、以及現(xiàn)場實測進行對比，結果表明，在外壓計算中必須考慮冷卻塔外表面混凝土粗糙度對風壓系數(shù)的影響；然后，將此方法應用于超出規(guī)范范圍的220米高的冷卻塔外壓計算上，指導目前世界最高塔的設計與計算。在塔內表面壓力系數(shù)計算中，通過編制程序進行二次開發(fā)，在冷卻塔填料區(qū)添加熱水程序，模擬冷卻塔在運行過程中塔內自然通風過程中發(fā)生的傳熱傳質過程，內壓結果表明二次開發(fā)程序的正確性，并對內壓系數(shù)的確定提供了參考依據(jù)；最后研究了側風對冷卻塔運行性能影響，提出了

4、各種防側風措施的選取原則。
　　3、通過使用ANSYS CFX的User Fortran工具對現(xiàn)有商業(yè)計算程序CFX進行二次開發(fā)，提出了一種流固耦合分析方法用以分析渦致振動及橫風向馳振兩種風致振動現(xiàn)象。流固耦合分析結果不僅成功地實現(xiàn)了對渦致振動的模擬，準確地捕捉到渦振區(qū)間、“鎖定”和“拍”現(xiàn)象，同時再現(xiàn)了風洞試驗中出現(xiàn)的斜拉橋拉索馳振現(xiàn)象，而且能較好地解釋馳振力的形成機理，從而驗證了流固耦合計算方法的正確性，可供類似問題研究作參考