低雷諾數(shù)下圓柱繞流減阻的數(shù)值模擬研究.pdf

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)度有著非常重要的作用.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.正是因?yàn)閿?shù)值模擬具有較多的優(yōu)點(diǎn),所以計(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.本文利用計(jì)算流體力學(xué)(CFD-Computational Fluid Dynamics)軟件包對(duì)圓柱繞流減阻結(jié)構(gòu)體的二維不可壓縮流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析.本課題中,應(yīng)用CFD軟件包FLUENT前置處理

2、軟件GAMBIT建立計(jì)算模型并對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,然后導(dǎo)入FLUENT中進(jìn)行流場(chǎng)分析.計(jì)算區(qū)域選擇了簡(jiǎn)單的長(zhǎng)方體.采用有限體積法對(duì)連續(xù)流場(chǎng)進(jìn)行離散,并用SIMPLE方法求解離散的Navier-Stokes方程.本文主要模擬計(jì)算了在基于圓柱直徑的雷諾數(shù)R<,e>=200條件下,由圓柱和對(duì)稱(chēng)放置在其附近的附屬桿所組成的圓柱繞流減阻結(jié)構(gòu)體的流場(chǎng).通過(guò)改變附屬桿相對(duì)圓柱之間的相對(duì)角度位置α、徑向間隙比δ/D、附屬桿和圓柱的直徑比d/D等,研究了

3、流場(chǎng)中流跡特征(等渦量圖,流線(xiàn)圖,壓力圖等)和數(shù)字特征(如時(shí)間平均升阻力系數(shù),脈動(dòng)升阻力系數(shù),斯特勞哈爾數(shù)等)的變化規(guī)律.計(jì)算結(jié)果表明:對(duì)于該結(jié)構(gòu)體繞流問(wèn)題,附屬桿相對(duì)于圓柱的角度位置α對(duì)圓柱時(shí)間平均阻力系數(shù)影響最大.當(dāng)其它條件一定時(shí),α=40°時(shí)圓柱所受時(shí)間平均阻力最小,且較單圓柱減小了18％,同時(shí)斯特勞哈爾數(shù)最大,升力振幅最小,α=40°是此時(shí)減阻最優(yōu)位置.在本文所研究的范圍內(nèi),間隙比δ/D和直徑比d/D對(duì)減阻的影響不是很大.另外,