圆柱体结构群绕流特性数值模拟研究
发布时间：2021-01-10 21:01
圆柱体结构群广泛存在于实际工程领域中,如高层建筑、冷却塔、拉索和桥塔等。流体载荷会影响该类结构的强度、稳定性和安全性。基于Fluent计算平台,本文运用大涡模拟方法,对亚临界雷诺数下圆柱体结构群三维绕流问题进行数值计算,全面深入分析串列双圆柱体、正方形排列四圆柱体和“X”形排列五圆柱体结构群绕流特性,并阐述其互扰效应,可为工程设计提供参考依据。本文主要研究工作如下:（1）研究雷诺数Re=3900下串列双圆柱体三维绕流问题,分析间距比对串列双圆柱体的流体力系数及其尾流场分布特性的影响,并阐明其内在的互扰效应和力学机制。研究发现:随间距比的增加,双圆柱体中间区域流场会发生较大的变化,流场流动模式由再附着模式转变为尾流冲击模式。（2）研究雷诺数Re=3900下正方形排列四圆柱体结构群三维绕流问题,分析来流攻角（α）与间距比（L/D）两个关键参数对四圆柱体的流体力系数及其尾流场分布特性的影响,并阐明其内在的互扰效应与力学机制。研究发现:来流攻角和间距比的变化对四圆柱体结构群绕流特性、流场流动模态及其互扰效应的影响较大。当α=0°、22.5°和45°时,不同间距比工况下,正方形排列四圆柱体结构群...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２单圆柱体表面的平均压力系数分布图??
据进行了对比分析。研宄发现：本文的计算结果与文献［６７］的物理试验结果更为接近；三者的??数值有较小差异，且变化趋势相同。??图２－３?（ｂ）给出了尾流区不同特征位置顺流向时均流速（ｚ／／７＝０．５０高度截面）沿横流向的??分布特性，分别选取了?ｘ／Ｄ＝０．５８、］．０４、１．５８和２．０２四个特征位置的剖面时均流速。从图可以??看出，随着尾流场特征位置与圆柱体中心位置距离的增大，时均流速分布由“Ｕ”字型向“Ｖ”字??型过渡，逐渐趋于平缓。在ｘ／Ｚ）＝０．５８特征位置处的剖面时均流速呈“Ｕ”字型分布，在ｘ／Ｄ＝〗．０４??特征位置处的剖面时均流速由“Ｕ”字型分布向“Ｖ”字型过渡；在ｘ／Ｄ＝ｌ．５８特征位置处的剖面时??均流速呈“乂”字型分布；在１／／＞２．０２特征位置处的剖面时均＾荒速几乎呈“一”字型分布。这表明??圆柱体对顺流向２Ｄ范围内的尾流场顺流向流速分布有较大的影响，且随圆柱体中心与顺流向??尾流场的距离变大，该影响逐渐减弱。同样地，将计算得到的结果与文献［１４，?６３］的数值计算??结果进行了比较，二者高度吻合。??〇？－?“?ｖ?＼ｘｘｘ＞／、—＾二￣?????—■?▽殳献㈨?ｊ??、０．２?－?／？?▽文献｜６７】?＾??Ｓ?１?????Ｍ?〇［?秦丨５Ｓ??■°－２?■?Ｗ?
据进行了对比分析。研宄发现：本文的计算结果与文献［６７］的物理试验结果更为接近；三者的??数值有较小差异，且变化趋势相同。??图２－３?（ｂ）给出了尾流区不同特征位置顺流向时均流速（ｚ／／７＝０．５０高度截面）沿横流向的??分布特性，分别选取了?ｘ／Ｄ＝０．５８、］．０４、１．５８和２．０２四个特征位置的剖面时均流速。从图可以??看出，随着尾流场特征位置与圆柱体中心位置距离的增大，时均流速分布由“Ｕ”字型向“Ｖ”字??型过渡，逐渐趋于平缓。在ｘ／Ｚ）＝０．５８特征位置处的剖面时均流速呈“Ｕ”字型分布，在ｘ／Ｄ＝〗．０４??特征位置处的剖面时均流速由“Ｕ”字型分布向“Ｖ”字型过渡；在ｘ／Ｄ＝ｌ．５８特征位置处的剖面时??均流速呈“乂”字型分布；在１／／＞２．０２特征位置处的剖面时均＾荒速几乎呈“一”字型分布。这表明??圆柱体对顺流向２Ｄ范围内的尾流场顺流向流速分布有较大的影响，且随圆柱体中心与顺流向??尾流场的距离变大，该影响逐渐减弱。同样地，将计算得到的结果与文献［１４，?６３］的数值计算??结果进行了比较，二者高度吻合。??〇？－?“?ｖ?＼ｘｘｘ＞／、—＾二￣?????—■?▽殳献㈨?ｊ??、０．２?－?／？?▽文献｜６７】?＾??Ｓ?１?????Ｍ?〇［?秦丨５Ｓ??■°－２?■?Ｗ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于IVCBC涡方法高雷诺数下串联双圆柱的数值计算模型及其尾流特征研究[J]. 庞建华,宗智,周力,王大明. 船舶力学. 2017(10)
[2]不同长细比圆柱绕流的大涡模拟[J]. 端木玉,万德成. 水动力学研究与进展（A辑）. 2016(03)
[3]湍流场多柱体绕流形态和水动力特性研究[J]. 于定勇,张广成,马朝晖. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]用SST-DES和SST-URANS方法数值模拟亚临界雷诺数下三维圆柱绕流问题[J]. 赵伟文,万德成. 水动力学研究与进展A辑. 2016(01)
[5]Re=3900圆柱绕流的三维大涡模拟[J]. 战庆亮,周志勇,葛耀君. 哈尔滨工业大学学报. 2015(12)
[6]正方形排列四圆柱绕流的数值模拟[J]. 高文文,张伟. 天津城建大学学报. 2015(03)
[7]并列双圆柱绕流的水动力特性研究[J]. 于定勇,崔肖娜,唐鹏. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(05)
[8]基于格子Boltzmann方法的低雷诺数四圆柱绕流流动模式与受力特性模拟[J]. 龚志军,杨佼,武文斐,李保卫. 应用力学学报. 2015(01)
[9]谱单元法及其在多圆柱绕流分析中的应用[J]. 韩兆龙,周岱,陈亚楠,桂晓澜,李俊龙. 空气动力学学报. 2014(01)
[10]等直径串列双圆柱体绕流的数值模拟[J]. 刘景伟,郭海燕,赵婧. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2013(12)
硕士论文
[1]串列三柱体风压分布与气动力的干扰效应研究[D]. 赵会涛.石家庄铁道大学 2017
[2]圆柱群绕流的实验及数值模拟研究[D]. 李强.浙江大学 2014
[3]基于谱单元法的多圆柱绕流及其互扰效应数值模拟[D]. 桂晓澜.上海交通大学 2012
[4]三维圆柱绕流及涡激振动的数值模拟[D]. 杜远征.天津大学 2012
[5]串列方形构筑物群绕流及其干扰效应的数值模拟[D]. 吴七二.上海交通大学 2011
本文编号：2969404
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２单圆柱体表面的平均压力系数分布图??
据进行了对比分析。研宄发现：本文的计算结果与文献［６７］的物理试验结果更为接近；三者的??数值有较小差异，且变化趋势相同。??图２－３?（ｂ）给出了尾流区不同特征位置顺流向时均流速（ｚ／／７＝０．５０高度截面）沿横流向的??分布特性，分别选取了?ｘ／Ｄ＝０．５８、］．０４、１．５８和２．０２四个特征位置的剖面时均流速。从图可以??看出，随着尾流场特征位置与圆柱体中心位置距离的增大，时均流速分布由“Ｕ”字型向“Ｖ”字??型过渡，逐渐趋于平缓。在ｘ／Ｚ）＝０．５８特征位置处的剖面时均流速呈“Ｕ”字型分布，在ｘ／Ｄ＝〗．０４??特征位置处的剖面时均流速由“Ｕ”字型分布向“Ｖ”字型过渡；在ｘ／Ｄ＝ｌ．５８特征位置处的剖面时??均流速呈“乂”字型分布；在１／／＞２．０２特征位置处的剖面时均＾荒速几乎呈“一”字型分布。这表明??圆柱体对顺流向２Ｄ范围内的尾流场顺流向流速分布有较大的影响，且随圆柱体中心与顺流向??尾流场的距离变大，该影响逐渐减弱。同样地，将计算得到的结果与文献［１４，?６３］的数值计算??结果进行了比较，二者高度吻合。??〇？－?“?ｖ?＼ｘｘｘ＞／、—＾二￣?????—■?▽殳献㈨?ｊ??、０．２?－?／？?▽文献｜６７】?＾??Ｓ?１?????Ｍ?〇［?秦丨５Ｓ??■°－２?■?Ｗ?
据进行了对比分析。研宄发现：本文的计算结果与文献［６７］的物理试验结果更为接近；三者的??数值有较小差异，且变化趋势相同。??图２－３?（ｂ）给出了尾流区不同特征位置顺流向时均流速（ｚ／／７＝０．５０高度截面）沿横流向的??分布特性，分别选取了?ｘ／Ｄ＝０．５８、］．０４、１．５８和２．０２四个特征位置的剖面时均流速。从图可以??看出，随着尾流场特征位置与圆柱体中心位置距离的增大，时均流速分布由“Ｕ”字型向“Ｖ”字??型过渡，逐渐趋于平缓。在ｘ／Ｚ）＝０．５８特征位置处的剖面时均流速呈“Ｕ”字型分布，在ｘ／Ｄ＝〗．０４??特征位置处的剖面时均流速由“Ｕ”字型分布向“Ｖ”字型过渡；在ｘ／Ｄ＝ｌ．５８特征位置处的剖面时??均流速呈“乂”字型分布；在１／／＞２．０２特征位置处的剖面时均＾荒速几乎呈“一”字型分布。这表明??圆柱体对顺流向２Ｄ范围内的尾流场顺流向流速分布有较大的影响，且随圆柱体中心与顺流向??尾流场的距离变大，该影响逐渐减弱。同样地，将计算得到的结果与文献［１４，?６３］的数值计算??结果进行了比较，二者高度吻合。??〇？－?“?ｖ?＼ｘｘｘ＞／、—＾二￣?????—■?▽殳献㈨?ｊ??、０．２?－?／？?▽文献｜６７】?＾??Ｓ?１?????Ｍ?〇［?秦丨５Ｓ??■°－２?■?Ｗ?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于IVCBC涡方法高雷诺数下串联双圆柱的数值计算模型及其尾流特征研究[J]. 庞建华,宗智,周力,王大明. 船舶力学. 2017(10)
[2]不同长细比圆柱绕流的大涡模拟[J]. 端木玉,万德成. 水动力学研究与进展（A辑）. 2016(03)
[3]湍流场多柱体绕流形态和水动力特性研究[J]. 于定勇,张广成,马朝晖. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]用SST-DES和SST-URANS方法数值模拟亚临界雷诺数下三维圆柱绕流问题[J]. 赵伟文,万德成. 水动力学研究与进展A辑. 2016(01)
[5]Re=3900圆柱绕流的三维大涡模拟[J]. 战庆亮,周志勇,葛耀君. 哈尔滨工业大学学报. 2015(12)
[6]正方形排列四圆柱绕流的数值模拟[J]. 高文文,张伟. 天津城建大学学报. 2015(03)
[7]并列双圆柱绕流的水动力特性研究[J]. 于定勇,崔肖娜,唐鹏. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(05)
[8]基于格子Boltzmann方法的低雷诺数四圆柱绕流流动模式与受力特性模拟[J]. 龚志军,杨佼,武文斐,李保卫. 应用力学学报. 2015(01)
[9]谱单元法及其在多圆柱绕流分析中的应用[J]. 韩兆龙,周岱,陈亚楠,桂晓澜,李俊龙. 空气动力学学报. 2014(01)
[10]等直径串列双圆柱体绕流的数值模拟[J]. 刘景伟,郭海燕,赵婧. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2013(12)
硕士论文
[1]串列三柱体风压分布与气动力的干扰效应研究[D]. 赵会涛.石家庄铁道大学 2017
[2]圆柱群绕流的实验及数值模拟研究[D]. 李强.浙江大学 2014
[3]基于谱单元法的多圆柱绕流及其互扰效应数值模拟[D]. 桂晓澜.上海交通大学 2012
[4]三维圆柱绕流及涡激振动的数值模拟[D]. 杜远征.天津大学 2012
[5]串列方形构筑物群绕流及其干扰效应的数值模拟[D]. 吴七二.上海交通大学 2011
本文编号：2969404
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