【摘 要】
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圆柱绕流作为钝体绕流中最基本的形式广泛存在于工程领域,而在特定流动条件下,流体流经柱形结构时,会在柱形结构后方形成交替漩涡脱落的卡门涡街。该现象是由于绕流圆柱两侧
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圆柱绕流作为钝体绕流中最基本的形式广泛存在于工程领域,而在特定流动条件下,流体流经柱形结构时,会在柱形结构后方形成交替漩涡脱落的卡门涡街。该现象是由于绕流圆柱两侧自由剪切层在柱体后方出现流动分离并规律脱落造成。而流动分离必然造成柱体近壁处流动失稳,柱体表面受力发生变化,引起周期性水动力系数振荡,严重时引起柱体结构共振,造成严重破坏。同时处于柱体绕流流场周围的其他结构会受到不同程度影响。本文基于FLUENT软件平台,选取具有丰富流场实验数据的Re=3900的典型亚临界流动工况进行大涡模拟分析,分别进行网格、计算模型、离散格式、步长及时均取样区间的可靠性验证,随后运用大涡模拟方法对定常来流下不同Re数流动条件下的单圆柱绕流进行数值计算,分析不同工况下圆柱水动力特性,同时考察圆柱绕流近尾流区域(L<10D)时均及瞬态流场特性。由于实际工程中柱体结构多数情况下并非单独存在,处于相邻流场内的柱体结构,其各自绕流流动会相互影响产生不同于单柱体绕流的流动特性。在考察单圆柱绕流不同Re数流态后,对Re=1000工况下,多种间距比的串列、并列双圆柱进行大涡模拟,分析其水动力特性、时均和瞬态流场特性。对Re=3900工况的单圆柱绕流进行网格及计算模型等因素的系统化无关性验证,提出了一套可靠的亚临界区间柱体绕流大涡模拟数值计算方案,并运用该计算方案对不同Re数单圆柱绕流和不同间距比的串、并列双圆柱绕流进行系统分析,得到Re数对圆柱绕流流动分离及尾流场的影响规律,同时得出不同布置双圆柱绕流流动水动力特性和流场形态,为流体工程领域结构优化、流场合理布置提供依据。
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