鈍體繞流及風(fēng)致振動流固耦合的CFD研究.pdf

1、本文在總結(jié)以往學(xué)者在CFD研究理論的基礎(chǔ)之上，采用有限體積法，利用SST湍流模型以及大渦模型進(jìn)行湍流的模擬，并結(jié)合動網(wǎng)格方法對工程中較常用斷面的靜止、風(fēng)致振動下的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，同時針對傳統(tǒng)風(fēng)洞試驗中條件難以實施，而工程實際中急需解決的問題進(jìn)行了研究。本文主要包括以下一些工作：
　　1、以工程使用最多的圓形截面為研究對象，通過使用計算流體動力學(xué)方法，分別采用SST湍流模型與大渦湍流模型對不同雷諾數(shù)下的三維圓柱進(jìn)行了非定常繞流數(shù)

2、值模擬。著重研究了三維圓柱的阻力系數(shù)、升力系數(shù)和斯脫羅哈數(shù)隨Re數(shù)的變化規(guī)律及其三維流動特性。通過與已有試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較，驗證了兩種湍流模型在鈍體外型結(jié)構(gòu)計算中的準(zhǔn)確性，為本文工作的進(jìn)一步開展提供依據(jù)。
　　2、采用CFD方法研究了全尺寸雙曲冷卻塔在運行過程中內(nèi)外表面的平均風(fēng)壓系數(shù)。首先，通過對規(guī)范內(nèi)規(guī)定高度的某冷卻塔進(jìn)行外表面風(fēng)壓系數(shù)計算，考慮全尺寸冷卻塔混凝土表面粗糙度對外表面風(fēng)壓系數(shù)的影響，將結(jié)果與以往風(fēng)洞試驗

3、以及現(xiàn)場實測進(jìn)行對比，結(jié)果表明，在外壓計算中必須考慮冷卻塔外表面混凝土粗糙度對風(fēng)壓系數(shù)的影響；然后，將此方法應(yīng)用于超出規(guī)范范圍的220米高的冷卻塔外壓計算上，指導(dǎo)目前世界最高塔的設(shè)計與計算。在塔內(nèi)表面壓力系數(shù)計算中，通過編制程序進(jìn)行二次開發(fā)，在冷卻塔填料區(qū)添加熱水程序，模擬冷卻塔在運行過程中塔內(nèi)自然通風(fēng)過程中發(fā)生的傳熱傳質(zhì)過程，內(nèi)壓結(jié)果表明二次開發(fā)程序的正確性，并對內(nèi)壓系數(shù)的確定提供了參考依據(jù)；最后研究了側(cè)風(fēng)對冷卻塔運行性能影響，提出了

4、各種防側(cè)風(fēng)措施的選取原則。
　　3、通過使用ANSYS CFX的User Fortran工具對現(xiàn)有商業(yè)計算程序CFX進(jìn)行二次開發(fā)，提出了一種流固耦合分析方法用以分析渦致振動及橫風(fēng)向馳振兩種風(fēng)致振動現(xiàn)象。流固耦合分析結(jié)果不僅成功地實現(xiàn)了對渦致振動的模擬，準(zhǔn)確地捕捉到渦振區(qū)間、“鎖定”和“拍”現(xiàn)象，同時再現(xiàn)了風(fēng)洞試驗中出現(xiàn)的斜拉橋拉索馳振現(xiàn)象，而且能較好地解釋馳振力的形成機理，從而驗證了流固耦合計算方法的正確性，可供類似問題研究作參考