运动圆柱排与固定单圆柱间动静干涉的分析
发布时间：2021-08-03 06:52
在Re=3900下,基于动网格技术对运动圆柱排与固定单圆柱的绕流干涉作用进行二维数值模拟。通过分析干涉流场涡动力学特性、干涉间隙压力变化特性,并利用小波变换对固定圆柱升阻力进行时频分析,初步探索圆柱间动静干涉的作用机理.试验结果表明:运动圆柱排和固定圆柱间的干涉特征与固定多圆柱间干涉作用相比,具有显著差异;圆柱排通过固定圆柱后,间隙监测点压力幅值显著下降;另外,通过小波分析对阻力系数进行时频域定位,成功识别出干涉场中三个典型的特征频率.
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１计算域及边界条件??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??
１、２构成横向间隔距离为ｒ／Ｄ＝２的运??动圆柱排，静止域中圆柱为固定圆柱，圆柱排与固定??圆柱间流向距离为３Ｄ。通过动网格技术实现圆柱排??与固定圆柱间的相对运动。使用ＩＣＥＭ对计算域进??行结构化网格划分：边界层第一层网格高度０．０１５１？，??全域节点总数为３２６２４。??写ｐｒｏｆｉｌｅ文件控制圆柱排运动。根据上述计算特征，??采用动态铺层（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｌａｙｅｒｉｎｇ）法。该方法根据??边界的位移量动态增加（减少）边界上的网格层，使??计算域网格层保持一定的密度（图２）。??边界条件：１）入口设为速度入口，速度为ｔ／。。，??出口设为自由出流（ｏｕｔｆｌｏｗ）；?２）壁面采用无滑移固??壁条件；３）上、下边界均设为对称边界；４）运动流??域与静止流域间数据传递边界设为Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ。??此外，在满足ＣＦＸ＜１的同时，还需保证动网格??计算要求，避免出现负体积网格。在运动圆柱排运??动速度Ｖ＝０．１Ｕ下，选用Ａｔ＝〇．〇〇２的时间步长，??２结果与分析??图１计算域及边界条件??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??本文基于ＦＬＵＥＮＴ计算平台，选取Ｓ－Ａ湍流模??型。此模型是一个相对简单的单方程模型，目前使??用广泛，效率较高。ｓ－Ａ模型相对两方程模型计算量??小，稳定性好，在湍流准确度要求不高的情况下，该??模型是很好的选择。??本文研究的动静干涉流场是由运动圆柱排经过??固定圆柱而形成，这种流场是运动边界流场的基本??形式。利用动网格技术对运动圆柱排与固定圆柱干??涉的绕流场进行仿真分析，在数值模拟中，通过编??２
２４??０．８４７??＾：０．４５４６??７：１０．４２??＞，：０．０７２６３??ｗａｌｌ－ｍｏｖｅｆ??ｗａｌｌ－ｍｏｖｅ?Ｉ??ｗａｌＩ－ｍｏｖｅ２??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??（ａ）固定岡柱??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??（ｂ）圆柱Ｆ??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??（ｃ）圆柱１??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??（ｄ）圆柱２??图３瞬态初场中各圆柱升阻力的时域图及升力系数频域图??Ｆｉｇ．?３?Ｔｉｍｅ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｄｏｍａｉｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ?ｉｎ?ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｆｉｅｌｄ??可以发现特征频率／＝ｌ〇．２７ＨＺ，这是由于并列圆柱??排产生不同涡脱模式所造成的两种不同频率［１２１。对??比圆柱Ｆ、１、２，显然，中间圆柱（圆柱１）的干涉分??量幅值较高，受干涉程度也最大。??２．２瞬态干涉计算涡动力学特性??在瞬态初场计算收敛后，激活动网格设置，使运??动圆柱排以Ｋ?＝?０．１【／〇〇的速度匀速通过固定圆柱。??为研究方便，将运动时间进行无Ｍ纲化＾??ｔｖ??１５＇??其??中＾表示开启动网格圆柱排开始运动的时刻。??在探索复杂流场的瞬态动力学特性时，若能抓??住主要涡旋结构的演变特征，即可掌握流场的主要??变化规律．图４表示运动圆柱排与固定圆柱发生干??涉的特征时刻涡量云图，并以流线显示流场的流型。??从图４中可以看出，对于并列的运动圆柱排，运动??过程中其近场尾涡以同相
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆柱绕流流场结构的大涡模拟研究[J]. 郝鹏,李国栋,杨兰,陈刚. 应用力学学报. 2012(04)
[2]不同型式隔舌离心泵动静干涉作用的数值模拟[J]. 祝磊,袁寿其,袁建平,周建佳,金荣,王慧. 农业工程学报. 2011(10)
[3]高雷诺数圆柱绕流的二维大涡模拟[J]. 苑明顺. 水动力学研究与进展（A辑）. 1992(S1)
本文编号：3319165
【文章来源】：工程热物理学报. 2019,40(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１计算域及边界条件??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??
１、２构成横向间隔距离为ｒ／Ｄ＝２的运??动圆柱排，静止域中圆柱为固定圆柱，圆柱排与固定??圆柱间流向距离为３Ｄ。通过动网格技术实现圆柱排??与固定圆柱间的相对运动。使用ＩＣＥＭ对计算域进??行结构化网格划分：边界层第一层网格高度０．０１５１？，??全域节点总数为３２６２４。??写ｐｒｏｆｉｌｅ文件控制圆柱排运动。根据上述计算特征，??采用动态铺层（Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｌａｙｅｒｉｎｇ）法。该方法根据??边界的位移量动态增加（减少）边界上的网格层，使??计算域网格层保持一定的密度（图２）。??边界条件：１）入口设为速度入口，速度为ｔ／。。，??出口设为自由出流（ｏｕｔｆｌｏｗ）；?２）壁面采用无滑移固??壁条件；３）上、下边界均设为对称边界；４）运动流??域与静止流域间数据传递边界设为Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ。??此外，在满足ＣＦＸ＜１的同时，还需保证动网格??计算要求，避免出现负体积网格。在运动圆柱排运??动速度Ｖ＝０．１Ｕ下，选用Ａｔ＝〇．〇〇２的时间步长，??２结果与分析??图１计算域及边界条件??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??本文基于ＦＬＵＥＮＴ计算平台，选取Ｓ－Ａ湍流模??型。此模型是一个相对简单的单方程模型，目前使??用广泛，效率较高。ｓ－Ａ模型相对两方程模型计算量??小，稳定性好，在湍流准确度要求不高的情况下，该??模型是很好的选择。??本文研究的动静干涉流场是由运动圆柱排经过??固定圆柱而形成，这种流场是运动边界流场的基本??形式。利用动网格技术对运动圆柱排与固定圆柱干??涉的绕流场进行仿真分析，在数值模拟中，通过编??２
２４??０．８４７??＾：０．４５４６??７：１０．４２??＞，：０．０７２６３??ｗａｌｌ－ｍｏｖｅｆ??ｗａｌｌ－ｍｏｖｅ?Ｉ??ｗａｌＩ－ｍｏｖｅ２??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??（ａ）固定岡柱??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??（ｂ）圆柱Ｆ??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??（ｃ）圆柱１??０?２０?４０?６０?８０?１００??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??（ｄ）圆柱２??图３瞬态初场中各圆柱升阻力的时域图及升力系数频域图??Ｆｉｇ．?３?Ｔｉｍｅ?ｄｏｍａｉｎ?ａｎｄ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｄｏｍａｉｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｒｃｅ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ?ｉｎ?ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｆｉｅｌｄ??可以发现特征频率／＝ｌ〇．２７ＨＺ，这是由于并列圆柱??排产生不同涡脱模式所造成的两种不同频率［１２１。对??比圆柱Ｆ、１、２，显然，中间圆柱（圆柱１）的干涉分??量幅值较高，受干涉程度也最大。??２．２瞬态干涉计算涡动力学特性??在瞬态初场计算收敛后，激活动网格设置，使运??动圆柱排以Ｋ?＝?０．１【／〇〇的速度匀速通过固定圆柱。??为研究方便，将运动时间进行无Ｍ纲化＾??ｔｖ??１５＇??其??中＾表示开启动网格圆柱排开始运动的时刻。??在探索复杂流场的瞬态动力学特性时，若能抓??住主要涡旋结构的演变特征，即可掌握流场的主要??变化规律．图４表示运动圆柱排与固定圆柱发生干??涉的特征时刻涡量云图，并以流线显示流场的流型。??从图４中可以看出，对于并列的运动圆柱排，运动??过程中其近场尾涡以同相
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆柱绕流流场结构的大涡模拟研究[J]. 郝鹏,李国栋,杨兰,陈刚. 应用力学学报. 2012(04)
[2]不同型式隔舌离心泵动静干涉作用的数值模拟[J]. 祝磊,袁寿其,袁建平,周建佳,金荣,王慧. 农业工程学报. 2011(10)
[3]高雷诺数圆柱绕流的二维大涡模拟[J]. 苑明顺. 水动力学研究与进展（A辑）. 1992(S1)
本文编号：3319165
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