鈍體繞流數(shù)值模擬.pdf

1、鈍體是工程中常見的一種結(jié)構(gòu)，以圓柱、梯形、方柱以及三角形為主，普遍存在于航天、交通等各個領(lǐng)域。在眾多的鈍體繞流研究中，方柱因其結(jié)構(gòu)簡單、便于控制等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。流體遇到方柱時流動狀態(tài)發(fā)生改變，出現(xiàn)漩渦等涉及到分離、環(huán)繞、剪切等知識的現(xiàn)象，這些一直是流體力學(xué)中最為復(fù)雜的內(nèi)容，對其進(jìn)行深入研究具有重要意義。此外，百葉形葉片以其結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)異的特點(diǎn)在制冷業(yè)、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如若水處理設(shè)備中的靜態(tài)混合器使用百葉形葉片將

2、減少切向渦旋以此來改善初期管道絮凝反應(yīng)。
　　本文綜述了國內(nèi)外鈍體繞流的研究進(jìn)展，并使用數(shù)值模擬的方法從以下幾個方面對兩種典型鈍體繞流進(jìn)行研究：
　　首先研究了方柱迎流面角度大小對流體運(yùn)動狀態(tài)的影響，通過對四種角度模型的數(shù)值模擬，研究了方柱尾流部位回流區(qū)長度與迎流面角度大小的關(guān)系；對方柱升力系數(shù)和阻力系數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明隨著角度的增加升力系數(shù)、阻力系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，當(dāng)??12°時兩者均達(dá)到最小值；對四種角度下流體

3、在方柱周圍的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)流體在四種角度下發(fā)生流動分離的位置各不相同。
　　其次考察了雷諾數(shù)對方柱流場特性的影響，通過LES方法研究了三種不同雷諾數(shù)下方柱繞流中各參數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)果表明雷諾數(shù)的不同對方柱尾流部位回流區(qū)長度有一定影響；升力系數(shù)、阻力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增大而增大，與迎流面角度相比雷諾數(shù)對升阻力系數(shù)的影響較??；方柱繞流中頻率特性的研究是重點(diǎn)內(nèi)容之一，在較低雷諾數(shù)時，不同角度下的頻率值相差不大，隨著雷諾數(shù)的增大在相

4、同雷諾數(shù)下的頻率值隨著角度的不同發(fā)生較大差異。雷諾數(shù)是影響渦街脫落頻率的主要因素，鈍體角度對脫落頻率的影響僅在高雷諾數(shù)下比較明顯。
　　采用k-ε模型和LES方法進(jìn)行模擬研究，將數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用LES在計(jì)算回流區(qū)長度、升力、阻力系數(shù)時，其計(jì)算精度都高于k-ε模型。
　　同時，由于百葉形葉片具有較強(qiáng)的實(shí)用性，本文對多種雷諾數(shù)下百葉形葉片的繞流特性進(jìn)行研究，分析了尾流區(qū)的渦街脫落頻率、斯特勞哈爾數(shù)、升力和