旋转圆柱与拍动丝线复杂绕流的数值模拟研究

发布时间：2021-08-13 00:55

　　涉及流固耦合的复杂绕流是自然界和工程领域常见的现象,具有广泛的基础和应用背景。本文采用格子玻尔兹曼方法、有限差分法、及浸入边界法（反弹边界法）相结合的方法,数值研究了三个典型的复杂绕流问题。主要工作及研究成果如下:（1）研究了旋转圆柱尾流中圆柱的绕流问题。根据两圆柱间隙中和下游圆柱尾流的流动特征,发现了 extended-body（EB）、reversed reattachment（RR）、reattachment（RA）、detachment（DA）、及 co-shedding（CS）五类流动模态;在reversed reattachment模态中,上游圆柱逆时针旋转导致下游圆柱迎风面的剪切层向上游延伸,附触上游圆柱上表面的剪切层;基于（α,S/D）参数平面的模态相图,获得了间距比S/D渐增导致的模态转变路径。发现模态转变路径相似时,升阻力系数和Strouhal数随间距比S/D的变化特征也相似。低旋转率α = 0.1～0.25时,流动模态及其转变路径与串置静止双圆柱情形相似;高旋转率α = 2.0～3.0时,流动模态为RR和DA,与静止双圆柱情形完全不同。此外,当α = 0～1.25... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．２插值反弹格式示意图

［２／３６?ａ?＝?５－８??此外，当ｇ?＝?１／２时，即为ｈａｌｆ－ｗａｙ反弹格式。??当边界为曲面时，以圆柱为例，如图２．３所示以边界附近的流体格点ｊ为例，??；ｆ?■??＊?＿６?２?ＳＴ??￥?￥—ｅ?■?ｎ?ｉｉ?ｉｉ??）Ｖ．．．．Ｔ??ｓｏｌｉｄ?ｎｏｄｅ??＼?ｋ??ｎ甲?＼％?１１?一ｎ??；ｒＭｌｌＶ??１?‘?ｔ—＾■一＾圓??！?．，？？？＇?！?ｑ＞ｌ／２??ｅ；?１?．?＇??／］??ｒ／?｜???Ｅｋ?ｋ?ｔｋ?ｉ?ｉ??图２．３曲面边界插值反弹格式的示意图。黑色实心方块（■）是圆柱内的固体点，空心方块（□）代??表流体中的格点，空心圆（〇）是边界上的交点，灰色的实心方块在与边界附近的流体中，但不是格??点。黑色实心箭头代表粒子与壁面作用的轨迹。??ｇ＜ｌ／２，／７（３＾，（?＋州＝?／５（ａ：ｄ，ｆ），未知的／５（２＾，＜）可通过二阶插值构造得出：??ｈ｛ｘｄ，ｔ）?－?ｑ（ｌ＋ｑ）ｆ５（ｘｊ，ｔ）?＋?（ｌ￣４ｑ２）ｆ５（ｘｅ，ｔ）－ｑ（ｌ－２ｑ）ｆｓ（ｘｆ，ｔ）＋３ｗ５（ｅ５－ｕｗ）?（２．２６）??３．壁面受力的计算??ＬＢＭ中计算壁面所受的作用力有两种方法。１）基于反弹边界的插值反弹法。在??２．所述的边界条件处理过程中，对于固体格点％和指向流体的速度方向＾，固??体从流体中吸收粒子动量为／？（〇：／，（＋＞？，沿着相反方向反弹回流体的粒子动量为??由此可知

?牛??图２．４分块网格结构示意图，及粗细网格交接处的结构。??图２．４给出了?Ｍｕｌｔｉ－ｂｌｏｃｋ方法的网格结构和分块交接面结构示意图。在不同尺寸??的网格上，粒子分布函数具有不同的松弛因子。因此，不同尺寸的网格之间传递粒子??分布函数时需要对其进行转换。分布函数在不同尺寸网格之间的关系的推导（Ｙｕ?＆??Ｓｈｙｙ，２００２）如下：首先定义相邻块间网格尺寸之比为：??ｍ?＝?Ｓｘｃ／８ｘｆ，?（２．３１）??－１３－??


本文编号：3339409