离散涡方法在圆柱绕流中的应用

发布时间：2020-03-25 04:33

【摘要】：圆柱绕流问题是经典的流体力学问题,研究立柱排列方式、雷诺数、来流方向等因素对尾流形态和受力的影响,具有重要理论和现实意义。传统的CFD方法大多计算时间长、难以适应复杂边界、存在数值耗散等不足。离散涡方法是将N-S方程表达成拉格朗日形式并用涡量-速度表示出来,没有数值耗散,同时能使计算效率大幅提升。文中分别采用随机走步法和扩散速度法计算不同雷诺数下的单圆柱绕流问题,结果与经典实验结果一致,验证了离散涡方法的有效性。在此基础上,将离散涡方法应用扩展到双圆柱绕流和张力腿平台绕流。采用离散涡方法对不同间距下串列双圆柱绕流的尾流特征和受力进行了计算,分析表明当间距比为2和3时,漩涡脱落仅发生在下游圆柱上,而上游圆柱不发生漩涡脱落现象,上游圆柱阻力系数为正数,下游圆柱阻力系数为负数;而当间距比为4时,两个圆柱上均发生了明显脱涡现象,上游和下游阻力系数均为正数。同时利用离散涡方法对简化的张力腿平台模型进行了数值计算,研究了不同雷诺数下、不同来流方向的尾流特征和受力特性,并与实验结果进行对比,结果表明不同流向角下张力腿平台的尾流形态为典型的2S脱涡模型,且除0°外,在其他不同角度下阻力系数随着雷诺数的增加先减小后保持平稳。
【图文】：

离散涡方法,涡方法

上海交通大学硕士学位论文理论研究尚存在一定的难度，因此模型试验和数值研究成为了主流的散涡方法是一种近年来兴起的数值方法，是通过跟踪流场中涡的产生了解流场特性的一种方法。它将 N-S 方程在拉格朗日形式下用涡量-速特征的一种方法。由于离散涡方法具有无网格、能适应复杂边界条件的准确性和高效性，近年来受到研究人员的青睐。同时，基于涡量-流涡方法具有不需要压力修正、程序设计简单和便于图像显示[1]的特点，散涡方法具有重要意义。离散涡方法目前应用较为广泛，，包括解决桥题[2]、海洋平台[3]等问题。

曲线,圆柱表面,压力系数

图 1-2 圆柱表面压力系数分布[5]Fig.1-1 Pressure coefficient distribution on the surface of a cylinde，在“边界层理论”基础上，普朗特解决了“达朗贝尔沿着流向梯度足够大时，边界层在ε = ±84°( 曲线Ⅲ) 时就脱离下来，不再沿圆柱壁面运动。主要原因是力使边界层流体能量不断减少，速度降低。同时，由后面形成尾涡和能量耗散。而对于湍流运动，分离点会后，贝纳德在试验中首次发现柱体后方分离出两列涡旋，年，德国科学家卡门从空气动力学的观点找到了涡旋绕流，涡街的每个涡的频率 f 与绕流速度 V 成正比，Vf StD 特劳哈尔数，它主要与雷诺数有关。当雷诺数为 300～
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.38

【参考文献】