圓柱繞流的數(shù)值模擬及穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文運用計算流體力學(xué)（CFD）的方法，計算了二維不同雷諾數(shù)工況下的圓柱繞流流動。用層流的方法分別計算了無限域中Re=26，100和兩平行平板間Re=40，100工況下的圓柱繞流流動。用大渦模擬（LES）的方法分別計算了無限域中Re=200，400和無限域中具有二次渦街的Re=200工況下的圓柱繞流流動。而后用能量梯度理論研究了以上計算得到的流場的穩(wěn)定性，通過研究發(fā)現(xiàn)得出了如下結(jié)論：
　　（1）驗證了能量梯度理論關(guān)于壓力驅(qū)動流動的穩(wěn)

2、定性判定準(zhǔn)則，即對于壓力驅(qū)動流動，湍流轉(zhuǎn)捩的充要條件是流體流動的時均速度剖面中存在拐點。
　　（2）驗證了能量梯度理論關(guān)于剪切驅(qū)動流動的穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則，即對于剪切驅(qū)動流動，湍流轉(zhuǎn)捩的充要條件是流體流動的時均速度剖面中存在零速度梯度。
　?。?）對于兩平行平板間和無限域中沒有卡門渦街情況下的圓柱繞流流動，圓柱后附著的兩個尾渦對流場流動的穩(wěn)定性沒有影響，即對于卡門渦街的形成沒有影響。
　?。?）對于兩平行平板間的圓柱繞流流

3、動，圓柱尾跡中旋渦的脫落源于圓柱近尾跡中的絕對不穩(wěn)定性和圓柱兩側(cè)的剪切層的相互作用；而對于無限域中的圓柱繞流流動，流場的不穩(wěn)定性源于圓柱兩側(cè)剪切層的不穩(wěn)定性。
　?。?）對于尾跡中具有卡門渦街的圓柱繞流流動，無論是壓力驅(qū)動流動還是剪切驅(qū)動流動，在圓柱的尾跡中，都是卡門渦街的渦內(nèi)部最先發(fā)生失穩(wěn)。且其失穩(wěn)的機(jī)理是由于渦內(nèi)部分別對應(yīng)于時均速度剖面中的拐點（壓力驅(qū)動流動），和時均速度剖面中的零速度梯度（剪切驅(qū)動流動）而引起的。