均匀流作用下并列阶梯圆柱型结构物受力及尾流特性研究

阶梯圆柱是工程中常见的结构外形,其在流场中的受力特征和尾流模式受到直径比的显著影响,机理十分复杂,影响了工程设计受力取值的准确性。针对均匀来流条件下并列阶梯圆柱绕流进行了三维直接数值模拟,选取特定直径比范围(D/d=1.33~2),分析了阶梯圆柱的升阻力特性、尾流模式和旋涡结构等,发现了并列阶梯圆柱绕流流动模式的调制现象,并阐述了其产生机理。研究结果表明,并列阶梯圆柱的尾流模式除受并列圆柱尾流的临近干涉影响外,还受到构成阶梯圆柱的大、小圆柱尾涡相互作用的影响。在小直径比(D/d=1.33)情况下,尾流呈现稳定偏斜(DF)和交替偏斜(FF)的混合模式,窄尾流阶梯圆柱的阻力均值和泄涡频率均较高,宽尾流阶梯圆柱则相反。而在中、大直径比(D/d=1.67和2)情况下,尾流呈现FF模式,两个阶梯圆柱交替出现较高的阻力和泄涡频率,宽、窄尾流呈现不同的旋涡错位连接模式,窄尾流以半环连接和直连为主,而宽尾流则以涡管多连为主。