冲刷地形下近壁面串列双圆管绕流问题的数值模拟

为探究复杂地形条件对串列双圆管局部流场及圆管受力特征的影响,本文基于Spalart-Allmaras改进延迟分离涡模拟(Improved detached eddy simulation,IDDES)湍流模型,利用开源OpenFOAM求解器模拟了7种不同水平间距条件下串列双圆管在冲刷地形下的流场特征。分析了在不同水平间距条件下,上、下游圆管的受力特征、平均流场特征及瞬时涡量场特征,探究了双圆管下方冲刷坑的成因。模型结果显示,在冲刷地形下,随着两管之间水平间距的变化,两圆管的尾迹同样会经历从延伸体流态到重新附着流态,最后发展至共同脱落流态的变化。在冲刷地形条件下,上游圆管会受到一个流体施加的向下作用力。当两管尾迹处于重新附着流态时,上游圆管的涡脱落会被抑制,下游圆管在较小的水平间距条件下会受到一个负向的拖曳力,随着水平间距的增大逐渐转为正向。通过对平均流场和瞬时涡量场的分析可知,在水平间距较小的情况下,冲刷坑的形态主要受制于平均水流。而在水平间距较大的情况下,下游冲刷坑的发展主要受到上游圆管涡脱落的影响。