基于力元理论的胀缩圆柱绕流的数值模拟

为了探讨流场结构与物体受力之间的关系,采用力元理论分析流场中各流体元素对力的贡献,利用FLUENT软件求解在均匀来流中作胀缩运动的二维圆柱的Navier-Stokes方程式,通过模拟雷诺数为200,圆柱半径为R0,胀缩率分别为半径的5%、10%、15%和20%,胀缩频率为10 Hz的圆柱绕流,分别得到了流场的流线图、涡量图以及阻力系数图,并编写基于力元理论的程序对二维胀缩圆柱进行受力分析。计算结果表明,与表面积分法相比,力元分析法可以进一步确定各个流动结构对阻力的贡献;圆柱作胀缩运动时,势流力为0,阻力主要来源于体涡度和面涡度以及表面摩擦力的贡献,体涡度对阻力的贡献为62%,表面涡度对阻力的贡献为19%,摩擦力对阻力的贡献为19%;圆柱的阻力系数随胀缩率的增大而增大;当圆柱胀缩频率为10 Hz时,圆柱尾流区域旋涡的脱落频率与圆柱运动的频率相同,而圆柱胀缩率对圆柱绕流的涡脱落频率影响很小。