串列方柱气动弹性的数值模拟

论文摘要

对从高层建筑结构抗风问题中抽象出来的两串列方柱绕流的干扰问题进行数值模拟计算有着非常重要的现实的意义。这一问题抽象出来的经典数学模型Navier-Stokes方程的求解非常复杂，伴随着现代计算机技术的蓬勃发展，通过计算机技术来对复杂数学模型进行数值模拟已成为一种发展趋势。本文利用CFD软件FLUENT对串列两方柱绕流的干扰流场进行了数值模拟计算，并对结果进行了详细的分析。整个研究过程中，重点是考察二维方柱绕流的流场中单个方柱在做弹性运动过程中，加入大小一致的一个静止方柱后原方柱受到的干扰情况。本文由六章构成。第一章是绪论，重点介绍计算风工程的发展和面临的困难。第二章为湍流的计算流体力学模型与方法。钝体绕流问题的控制方程为不可压粘性Navier-Stokes方程，本章介绍数值求解N-S方程的湍流模型和计算方法。第三章为6 m立方体周围流场的数值研究，主要是讨论自保持平衡的边界条件研究和不同边界条件对计算结果的影响。第四章为某雷诺数下的两串列静立方柱绕流的干扰的数值模拟。第五章为本文研究重点，讨论一运动方柱在引入一静立方柱后的气动弹性问题。第五章研究方法首先在雷诺数为5329的情况下对二维方柱绕流的流场进行了数值模拟，并与试验结果[1]及他人计算结果进行了比较，结果吻合的很好。在此模型基础上，基于弱耦合分区求解法，搭建起流固耦合数值模拟程序平台FSI，对气动弹性现象进行了模拟。第六章为总结与展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 计算流体力学（CFD）的综合叙述
• 1.2.1 计算流体力学的概况
• 1.2.2 计算流体力学的现状
• 1.2.3 计算流体力学的方法
• 1.3 计算风工程所面临的困难
• 1.3.1 钝体绕流数值模拟中的困难
• 1.3.2 气动弹性数值模拟中的困难
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 湍流的计算流体力学模型与方法
• 2.1 前言
• 2.2 湍流的计算流体力学模型
• 2.2.1 雷诺平均模型
• 2.2.2 大涡模拟
• 2.2.3 混合模型
• 2.3 数值计算方法
• 2.4 Simple算法
• 2.5 FLUENT软件介绍及其特点
• 第3章 6m立方体周围流场的数值研究
• 3.1 引言
• 3.2 自保持平衡的边界条件研究
• 3.3 不同边界条件对计算结果的影响
• 3.4 对计算结果的讨论和结论
• 第4章 低雷诺数下的两串列方柱绕流的干扰的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 脉动升力和阻力的时间历程及均值、Strouhal数
• 4.3 计算区域和边界条件
• 4.4 计算结果
• 4.4.1 顺风向间距比L/D=2.0的计算结果
• 4.4.2 顺风向间距比L/D=3.0的计算结果
• 4.4.3 顺风向间距比L/D=5.0的计算结果
• 4.4.4 结果分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 带干扰的方柱的涡致振动数值模拟
• 5.1 引言
• 5.2 两串列方柱的流致振动的数值方法
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 实验结果
• 5.3.2 间距为2.0时的数值结果
• 5.3.3 间距为3.0时的数值模拟结果
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果