方形鈍體繞流湍流場特征參數研究.pdf

1、鈍體繞流廣泛存在于航天、建筑、交通、環(huán)境等許多研究領域，因流體在鈍體表面產生大范圍的分離并形成寬闊的伴有旋渦脫落現象的尾流，使得具有簡單幾何邊界的方形鈍體周圍的湍流場的模擬變得非常復雜。不僅為考察數學模型的計算能力，更為了保證建筑結構安全、減弱熱島現象、強化換熱、促進污染物的擴散，對這種流動現象進行深入研究是十分必要和有意義的。
　　 本文通過分析國內外研究現狀及存在問題基礎上，結合理論分析、數值研究和實驗方法主要完成了以下工作

2、：
　　 首先研究了邊界條件對鈍體湍流場數值模擬計算結果的影響，通過對不同入口流速與湍流強度的多種工況的數值計算，考察了入流速度變化對流場中方形鈍體頂部回流區(qū)分離長度及是否會產生附著的影響，分析了影響機理，確定了不同條件下速度函數中指數m的適用值，從而提高模型對繞流湍流場的預測的能力。分析了湍流強度對方形鈍體頂面壓力分布的影響，當湍流強度逐漸增大時，最大湍流動能kmax會向前移動并開始靠近鈍體前緣拐點。
　　 通過對標準

3、κ-ε模型在研究方形鈍體繞流運動中產生的問題，特別是鈍體尖角處模擬計算值過高估算的問題深入分析發(fā)現，不能準確計算鈍體頂部回流渦及湍流動能最大值kmax位置的原因，并不是完全由標準κ-ε模型本身造成，更要考慮如何處理鈍體邊界處的壁面處理方法，通過對尖角處ρw和ρv相交過程的詳細分析，明確了問題的原因，提出通過限制流體在鈍體尖角轉彎處來流方向的速度的方法，降低數值離散中控制體內數據傳遞的誤差，消除橫向速度在尖角處出現比實際值大的現象，從而達

4、到準確預測鈍體湍流場特征參數的目的。
　　 采用限定邊界條件的方法，使用標準κ-ε模型和LES模型對風洞內貼壁方形鈍體繞流進行模擬計算，與經典實驗結果進行比較，驗證了標準κ-ε模型的精度和適用性。同時分析了網格精度和計算域敏感度對LES模型模擬的影響，提出網格加密不會自動導致更好的結果，標準網格模擬的結果與實驗的吻合度比細網格的更好。
　　 本文利用粒子成像PIV測速技術測量了通道內矩形截面貼壁方柱鈍體模型的速度場，與模

5、擬結果進行對比分析，除尾部回流區(qū)高于實驗結果，其他位置結果較吻合，驗證了限定迎風尖角壁面條件的基礎上的標準κ-ε模型的預測能力。
　　 選用德克薩斯州技術大學校園內的一棟測試建筑物(TTU)和玻璃屋(GLH)兩種全尺寸建筑模型，考察了在大氣邊界層內標準κ-ε模型的適用性，通過模擬風場的數值計算，在確定合適的入口邊界后獲得與實驗數據較吻合的壓力場結果，進一步驗證了RANS法可用于大型工程流場研究，并研究明確了網格尺寸和分布、計算域