带轴向板条圆柱绕流数值模拟研究

发布时间：2020-05-02 17:17

【摘要】：圆柱状结构在海洋工程领域有广泛的应用,例如桩群、油气管道、平台上的钻探、采油、注水立管等。研究既能减阻又能减振并且具有全向性的圆柱涡激振动抑制措施具有重要的理论意义和实用价值。 本论文基于FLUENT软件平台,以二维不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程为控制方程,采用处理压力速度耦合关系的SIMPLE算法,对圆柱周围顺轴向均布板条的全向性减阻减振结构进行数值模拟研究。考虑雷诺数Re=100~300的层流流动,计算代表减阻、减振性能的时均阻力系数、脉动升力系数和斯特劳哈尔数,研究各参数的变化规律以及圆柱近壁面流场的基本特性。探讨带轴向板条圆柱减阻、减振的有效性和工作机理,为工程设计和物理模型试验提供指导。 对二维非定常单圆柱绕流进行数值模拟,进行网格无关性和计算方法正确性的验证。计算单圆柱绕流的时均阻力系数、脉动升力系数和斯特劳哈尔数,计算结果与模型试验数据符合良好。 计算带轴向板条圆柱绕流的时均阻力系数、脉动升力系数、斯特劳哈尔数、涡脱落频率等,对涡量、速度、压力等流场特征进行分析。Re=100~300时带轴向板条圆柱结构内部主圆柱的时均阻力系数相比单圆柱有所降低,降幅为2.8%~14.2%,随着雷诺数的变大,时均阻力系数基本是先降低后升高,在Re=175时减阻效果最差。当Re175~180时,随着雷诺数的增大,单圆柱脉动升力系数通常逐渐增大,但是带轴向板条圆柱脉动升力系数出现稳定而明显的降低,在Re=200~300范围内平均降低20%,减振效果明显。总之,当Re175~180时,带轴向板条圆柱的减阻、减振性能稳定、良好。 带轴向板条圆柱斯特劳哈尔数随雷诺数的变化规律与单圆柱情况下相似,整体脱涡频率降低。研究表明:Re=100~300范围内,带轴向板条圆柱斯特劳哈尔数S_1~c与单圆柱斯特劳哈尔数S_1~c之间的关系为: S_1~c≈0.873S_t~s。此关系式可以为带轴向板条圆柱斯特劳哈尔数的获取提供参考。
【图文】：

些被拖曳的剪切层携带着具有反方向涡量的流体，终导致了旋涡的脱落。接下来，下面的旋涡成长层携带着具有反方向涡量的流体穿过尾迹，从而过程不断重复造成旋涡交替脱落，在圆柱下游形个重要因素：(1) 剪切层必须卷起，形成具有充的相互作用。因此，破坏这两个因素中的任意一振动的目的。另外，除剪切层提供的有旋流体之的挟带输送效应对于旋涡的成长也是必需的[4]。侧的卷吸层相遇和相互作用的区域）从尾流轴线有关[4]。人们认为对卷吸层进行干涉，可能会达图 1- 1 a、b 表示流体的挟带输送，c 为分离剪切层卷起形成的逆流[3]图 1-1

一定角度局部裹覆时则变成单向性方法。裹覆装置一旦成为单向性方法，则对来流方向十分敏感，不适用于流向变化频繁的环境。裹覆法中开孔管套、丝网、轴向棒条、轴向板条全向性明显，，图1-2给出其中几种方法的示意图。图 1- 1 a、b 表示流体的挟带输送，c 为分离剪切层卷起形成的逆流[3]图 1-1
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P75

【参考文献】

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1 苏铭德,康钦军;亚临界雷诺数下圆柱绕流的大涡模拟[J];力学学报;1999年01期

本文编号：2647302