管内柱体绕流阻力系数数值仿真研究

钻探工程中经常出现管内柱体绕流现象,针对现阶段还没有准确的方法计算管内柱体绕流阻力的问题,采用数值仿真的方法来研究管内柱体绕流阻力的变化规律,分析并确定了影响管内柱体绕流阻力系数的三个因素,即阻塞比,长径比和雷诺数。设计了三组算例来研究各个因素对管内柱体绕流阻力系数的影响,并采用有限体积法对各组算例进行数值仿真求解。数值仿真的结果表明:管内柱体绕流阻力系数随阻塞比的增大呈指数增长,管内柱体绕流阻力系数随长径比的增加而线性增加;大于一定雷诺数后,管内柱体绕流阻力系数随雷诺数的增加而基本保持不变。数值仿真的结果为准确计算不同尺寸及不同运动状态的管内柱体绕流阻力提供了方法和依据。

换热管受湍流分布力随机振动的虚拟激励法

为了分析换热管受外部横向湍流激励作用下的随机振动响应,本文建立了密置错排管束绕流的三维计算流体力学模型。应用大涡模拟湍流方法对管束绕流场进行了仿真,对换热管表面升、阻力进行了时域内和频域内的分析。经过多次计算提取流场深处圆管的表面湍流分布力,将换热管简化为两端固支中间简支的线性梁模型,引入虚拟激励法计算换热管随机振动的功率谱,并与传统随机振动预报方法对比了计算效率和精度。计算结果表明湍流分布力为服从均匀分布的广义多点随机过程,不同方法的计算速度呈模态截断阶数的指数关系,并通过精度分析验证了相干性各异的载荷作用时不同频段内虚拟激励法的精度与精确算法极为接近。