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文檔簡介
1、圓柱以及圓柱群繞流一直是鈍體繞流中的經(jīng)典問題,許多研究者對(duì)其進(jìn)行了深入的研究。當(dāng)圓柱或圓柱群靠近壁面的時(shí)候,圓柱的尾跡結(jié)構(gòu),渦脫落頻率都會(huì)受到顯著的影響,其影響程度取決于圓柱與壁面間的距離以及壁面邊界層的厚度。由于壁面的影響,圓柱的尾跡結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,使得數(shù)值模擬以及理論研究受到很大的限制。本文應(yīng)用PIV技術(shù)對(duì)靠近壁面的單圓柱、并列雙圓柱以及串列雙圓柱繞流的尾跡渦結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了較為系統(tǒng)、詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究,同時(shí)在PIV應(yīng)用中對(duì)PIV圖像處理算
2、法的迭代穩(wěn)定性和算法精度提出了改進(jìn)的方法。
目前在PIV圖片處理算法中主要采用基于互相關(guān)的查詢算法。為了提高計(jì)算精度,當(dāng)前廣泛采用圖片變形迭代方法,但是在迭代計(jì)算的過程中,會(huì)出現(xiàn)計(jì)算不穩(wěn)定的現(xiàn)象,也就是在迭代到一定的次數(shù)后計(jì)算的結(jié)果開始發(fā)散。本文從兩方面著手提出了一種提高算法精度的方法。首先根據(jù)互相關(guān)算法的誤差變化規(guī)律,在變形迭代之前,用一種補(bǔ)償修正相關(guān)值平面的方法來減小誤差,得到精度較高的初始迭代值,然后進(jìn)行變形迭代計(jì)算;同
3、時(shí),在迭代的過程中,應(yīng)用移動(dòng)最小二乘法對(duì)計(jì)算得到的矢量場進(jìn)行平滑處理。該方法有效的提高了算法的精度,并且減少了迭代的次數(shù),從而有效的減少了計(jì)算時(shí)間。對(duì)人工合成圖片和在近壁圓柱繞流的PIV實(shí)驗(yàn)中獲取的圖片進(jìn)行圖像處理,驗(yàn)證了算法的有效性。
本文將PIV技術(shù)應(yīng)用到厚邊界層下的近壁單圓柱、并列雙圓柱以及串列雙圓柱繞流的渦結(jié)構(gòu)特征實(shí)驗(yàn)研究中,得出了如下結(jié)論:
1.對(duì)于近壁單圓柱繞流,當(dāng)圓柱下表面與壁面間的距離(G)與圓柱直徑
4、(D)之間的比值G/D≥0.3時(shí)開始出現(xiàn)渦脫落,并且尾跡出現(xiàn)一個(gè)渦對(duì),該渦對(duì)隨著G/D的增加逐漸趨于對(duì)稱。
2.對(duì)于近壁并列雙圓柱繞流,當(dāng)兩圓柱中心間的距離(T)與圓柱直徑的比值T/D≤1.151時(shí),在G/D大于臨界值時(shí),流場會(huì)出現(xiàn)base-bleed流動(dòng)模式;當(dāng)1.302≤T/D≤1.906時(shí),在G/D大于臨界值時(shí),流場會(huì)出現(xiàn)偏移流模式。由于兩個(gè)圓柱都完全浸沒在邊界層里,使得上圓柱表面的來流較強(qiáng)于下圓柱表面來流,因此兩圓柱間
5、的間隙流始終偏向于壁面,致使base-bleed流動(dòng)模式以及偏移流模式中都沒有出現(xiàn)無壁面影響時(shí)的雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。
3.對(duì)于近壁串列雙圓柱繞流,在本文所測T/D范圍內(nèi)(T/D=1.151~1.906),下游圓柱尾跡出現(xiàn)周期性渦脫落的臨界G/D值都為0.302,當(dāng)T/D≤1.302時(shí),出現(xiàn)延伸體流動(dòng)模式,當(dāng)T/D≥1.453時(shí)出現(xiàn)重新附著模式。
上述研究有助于了解近壁雙圓柱尾跡流場的特性,為工程應(yīng)用的方案設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo),同時(shí)
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