论文摘要
利用大涡模拟（LES）对槽道内壁面多障碍的可压绕流进行了数值模拟，其数值结果与相关文献中实验结果基本相符，验证了本文所采用的大涡模拟方法对槽道内绕底部矩形障碍物流数值模拟的正确性。从工程实际出发，本文通过矩形障碍物高度变化，对管内槽道绕流的影响，以及各障碍物本身受力的影响进行了研究。数值结果表明，随着障碍物高度增加，其尾涡不稳定性增强，整个流场变得更加复杂，形成的涡耗散和分离过程加快，涡的传播距离加大，小涡的形成数量变多。当矩体高度加大到一定程度后，相邻矩体间不再出现大涡结构。另外，当矩体间距与其高度相比较小时，前面矩体尾部流场受后面矩体影响较大，致使其尾涡在没有变大之前就开始脱落。计算还表明，上游障碍物矩体的阻力系数随着其高度的增加而急剧增大，而第二个矩体由于其迎风面受前面矩体尾部旋涡的影响，当其高度在一定范围内时，其阻力系数为负值。随着矩体高度的增加，其阻力系数开始增大，且其振幅加强。为了改善第二个障碍物的受力情况，可保持上游障碍物高度不变而改变第二个障碍物的高度，计算表明，随着其高度增加，其所受阻力系数逐渐变大，当其高度为h2=1／6H时，其阻力系数的平均值约在-0.05上下波动；而当h2=1／3H时，平均值变为正值为0.70左右，因而可通过改变第二个障碍物的高度对两个障碍物的受力情形进行调整。本文还数值模拟了障碍物间距变化对可压绕流的影响。结果表明，当障碍物间距很小时，上游矩体的尾部刚开始时没有旋涡产生，随着时间的增加，其流线开始变形，从而出现旋涡，但没有出现明显的周期脱落现象。随着间距的增加，第一个矩体尾部开始出现涡，且涡的尺寸随时间的增加而增大，当其增大到一定尺寸时，开始从其尾部脱落。脱落后的涡旋与第二个矩体前顶部的分离涡相互作用，同时还与第一个矩体尾部开始成长的涡相互作用形成复杂的流场涡系。随两个矩体间距的进一步增加第一矩体尾部周期脱落的旋涡与第二个矩体以及它与第一个矩体尾部开始生长的涡之间的相互作用减弱，但两矩体间的流场仍然非常复杂。阻力系数的变化则随着两矩体间的间距的增大，第一个矩体的阻力系数略有上升，但其振幅变化不大。从障碍物的受力分析出发，两矩体间的间距较小时，上游矩体阻力较小，比较有利。第二个矩体由于其迎风面受前面矩体尾部流场的影响，其表面压力降低。随着矩体间距增加，阻力系数减小。