论文摘要
包括球体在内的各种钝体绕流问题无论在实践中还是在流体力学的理论上都有十分重要的意义。其中,学者研究钝体绕流的一个重要目的是为了减小其绕流阻力,以节约能源。本文通过对边界层理论的运用,研究了高尔夫球与带有凹坑的迫击炮弹绕流情况,发现恰当的在球体或者弹体表面加上凹坑能够有效减小钝体的绕流阻力。本文的研究共分三部分:首先采用基于剪切应力传输（SST）的k-ω两方程分离涡湍流模型（DES）方法和Smagorinsky-Lily亚格子大涡模拟湍流模型（LES）方法对粘性不可压缩流体的光滑球与凹坑球体绕流问题进行数值模拟;计算了雷诺数为500,1000,2000,5000四种情况。通过对所得的阻力系数Cd及速度云图等结果的分析及与实验数据的比较,发现两种方法当雷诺数较小时模拟光滑球的结果差异微小,两种方法对光滑圆球的模拟都是合理的,随着Re的增大LES方法与DES方法模拟光滑球和凹坑球的结果虽然总体特征一致,但是细节有明显差异,LES的结果优于DES的结果。其次采用LES方法模拟了一个直径为42.6mm,布有均匀凹坑的高尔夫球的绕流流场,证实了其尾涡分离点比光滑球的分离点远,其绕流阻力较小。模拟了自转速度为80rad/s,100rad/s, 200rad/s,2000rad/s的正旋和逆旋的高尔夫球,当自转速度为±100rad/s时阻力系数达到了一个极小值点。发现它们的尾流分布更不均匀,并因此产生了垂直于来流方向的压力,压力大小不受自转方向的影响;并发现带有旋转效应的凹坑高尔夫球受到的阻力系数增大;自旋对于球的上下面压力有明显影响。在本研究的最后一部分中,将前面得出的理论,方法与结果运用于超声速运动的迫击炮弹在带自旋的研究中。研究表明,迫击炮弹加上凹坑以后,其弹体的前后压差与光滑的弹体相比有明显的减小,因此,能够有效的提高迫击炮弹的射程;并且其绕流阻力在雷诺数相同的情况下与其攻角有直接的关系。