平行壁面间二维圆柱绕流尾迹演化特性研究

论文摘要

钝体绕流广泛存在于自然界和工业生产之中,一直以来都是工程流体力学领域的研究热点与难点。由于钝体尾迹流场极为复杂,不少流动机理尚未完全认识清楚,因此,对钝体绕流开展研究具有重要的学术价值。同时,对于存在绕流的工业设备,流体还可能诱发钝体产生振动,使钝体疲劳损伤导致设备故障,所以,研究钝体绕流对提高现代工业设备长期运行的可靠性与安全性也具有特别重要的现实意义。论文以平行壁面间二维圆柱绕流为研究对象,以计算流体力学软件FLUENT为平台,建立了二维圆柱绕流数值模型,采用合适的网格和算法,模拟了雷诺数小于600的平行壁面间二维圆柱尾迹演化特性,得到了圆柱绕流流态转变的临界雷诺数,分析了阻流比(β)和雷诺数(Re)对流场参数的影响。论文得到的主要结论有：(1)平行壁面间低雷诺数二维圆柱绕流数值模拟计算的较佳网格为分块结构化网格,较好算法为SIMPLEC算法、二阶压力离散格式和QUICK动量方程离散格式的组合。(2)通过对阻流比为0.28的平行壁面间圆柱绕流的模拟,发现Re<9时,圆柱后流动无分离；9≤Re<70时,尾迹中产生稳定对称的双子涡,随着雷诺数的增大,旋涡分离点向上游移动,涡长和回流区长度都增加；Re>70后,尾迹中旋涡开始脱落,形成涡街。(3)计算了0.05≤β≤0.1的不同圆柱绕流,分析了阻流比对绕流流场参数的影响。发现0.05≤β<0.1时,流态由无涡向双子涡转变的临界雷诺数相同；0.1≤β≤0.28时,流态由无涡向双子涡转变的临界雷诺数随阻流比而增大。0.05≤β≤0.28时,流态由双子涡向涡街转变的临界雷诺数随阻流比而增大。相同雷诺数下,双子涡分离点随平行壁面间宽度减小而向下游移动,涡长变短。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 圆柱绕流及其特性
• 1.1.1 圆柱绕流旋涡形成和脱落机理
• 1.1.2 圆柱表面受力
• 1.1.3 基本参数
• 1.2 钝体绕流的研究进展
• 1.2.1 钝体绕流实验研究进展
• 1.2.2 钝体绕流数值模拟研究进展
• 1.4 课题研究背景和研究内容
• 1.4.1 课题研究背景
• 1.4.2 课题研究内容
• 第二章 平行壁面间圆柱绕流的数值模型
• 2.1 数值模型
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 计算区域的确定
• 2.1.3 初始条件和边界条件
• 2.1.4 计算模型
• 2.1.5 计算区域的离散化
• 2.2 斯特劳哈尔数的选择
• 2.3 算法选择
• 2.3.1 数值格式组合
• 2.3.2 结果验证
• 2.4 网格分析
• 2.4.1 网格划分方案
• 2.4.2 网格疏密对计算结果的影响
• 2.5 流场分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 不同形式的旋涡脱落及其特性分析
• 3.1 流态转变的临界雷诺数
• 3.2 双子涡流场特性分析
• 3.2.1 旋涡分离点
• 3.2.2 双子涡涡长
• 3.2.3 涡量随雷诺数的变化
• 3.3 涡街流场特性分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 阻流比对圆柱绕流的影响
• 4.1 不同阻流比下流态转变的临界雷诺数
• 4.2 不同阻流比下相同雷诺数双子涡流场特性分析
• 4.2.1 分离点位置变化
• 4.2.2 子涡涡长变化
• 4.3 不同阻流比下相同雷诺数涡街流场特性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间主要的研究成果
• 致谢