湍流场多柱体绕流形态和水动力特性研究

为研究间距比对多柱体在湍流场下的互扰效应影响,利用Fluent软件模拟了雷诺数为3 900,柱间距比L/D为1.6～6.0情况下正方形排列四圆柱绕流过程。通过模拟得到了不同间距比下的升、阻力系数值以及涡量图,利用快速傅里叶变换法得到了漩涡脱落频率。结果表明,当柱间距比L/D为1.6～2时,4个圆柱后都没有漩涡脱落,随间距比增加,上游圆柱平均升力系数增大,平均阻力系数减小,下游圆柱平均升、阻力系数减小,斯特鲁哈数增大;当L/D为2～3.5时,随间距比增大,下游圆柱后开始出现漩涡脱落,平均升、阻力系数减小,斯特鲁哈数增大;当L/D为3.5～6时,随间距比增大,四个圆柱后都发生漩涡脱落,上游圆柱平均升、阻力系数减小,下游圆柱平均升力系数减小,平均阻力系数增大,斯特鲁哈数不变。L/D〈3.5时互扰效应逐渐增强,L/D〉3.5时互扰效应逐渐减弱;考虑到工程安全性和经济性,本文研究成果对于海洋工程设计具有一定的参考价值。

不同倒角半径下方柱绕流的数值模拟及水动力特性研究

为了研究不同倒角半径对方柱绕流特性的影响,采用有限体积法,模拟了雷诺数Re为22 500、倒角半径为0.1D(D为方柱边长的长度)、0.2D和0.3D时方柱的绕流过程。方柱近壁面采用增强壁面函数,模型采用SST k–?湍流模型。根据模拟结果给出了不同倒角半径下方柱的流场涡量图以及阻力系数Cd和升力系数Cl;利用快速傅里叶变换法得到斯托罗哈数St。结果表明,倒角半径的增加改变了方柱的分离点,使得尾流区长度增加,旋涡尺度减小;Cd和Cl的振动幅值呈现先减小后增大的趋势,倒角半径为0.1D和0.2D时方柱受力较小,不存在倒角时方柱受力较大,倒角半径为0.3D时方柱受力最大;随着倒角半径的增加,柱体截面形式越接近圆形,斯托罗哈数逐渐增大,漩涡脱落频率更快。

风力场中基于钝体绕流的压电俘能研究

为研究风力场中基于钝体绕流的压电俘能器的性能,本文基于ANSYS Workbench仿真平台,建立流固压电三场耦合模型,对置于圆柱钝体的柔性压电片在风力场中的发电情况进行仿真分析。分析结果表明,在卡门涡街的作用下,柔性压电片因两侧压力不同而产生振动,电压的输出随时间的变化按照正弦曲线变化,最大电压和最小电压随时间变化的曲线对称,柔性压电片等效应力的幅值和输出电压峰值随流体流速和阻流钝体直径的变化而变化。该研究探究了压电浮能器的性能,对压电俘能器给无线传感器供能具有实际意义。

马赫数及间距对串列双圆柱超声速绕流的影响

为揭示不同条件下超声速圆柱绕流流动机理,该文对等直径串列双圆柱超声速绕流进行了数值研究。该文基于有限体积法和欧拉方程,结合5阶高精度加权本质无振荡格式,对不同马赫数及不同圆柱间距对流场的影响规律进行了数值研究,获得了超声速串列双圆柱绕流流场稳定后的流场特性和升力、阻力系数变化规律。结果表明,计算域内的复杂波系主要由弓形激波、反射激波以及弱激波组成;马赫数的增加会使激波结构被拉伸,改变弓形激波在壁面发生的反射类型,并造成计算域出口壅塞进而影响升力、阻力系数的稳定;圆柱间距的增加使得圆柱后方速度剪切层发生摆动,并造成不同间距条件下升力、阻力系数间的差异。

拱桥钢箱吊杆驰振稳定性数值计算研究

驰振是细长结构在横风向作用下的一种不稳定的单自由度发散振动现象,会导致结构毁坏,截面形状的微小变化会改变结构驰振稳定性.文中运用两种方法对南京大胜关长江大桥吊杆1/10缩尺模型进行了驰振性能计算,并展示了驰振中的极限环振动现象.吊杆包括长方形截面、切角长方形截面A、切角长方形截面B三种方案.方法一是通过计算流体力学软件FLUENT求出不同风攻角下的阻力系数和升力系数,并根据葛劳渥-登哈托原理判断驰振是否发生;根据相关公式计算驰振临界风速.方法二是对FLUENT进行二次开发,将Newmark方法的代码嵌入用户自定义函数UDF,运用FLUENT动网格技术建立二维流固耦合模型进行驰振仿真计算,求出驰振临界风速以及各风速下的振幅变化规律.仿真计算结果表明,横桥向来风时,长方形截面,切角长方形截面A方案的1/10缩尺模型会发生驰振,切角长方形截面B的1/10缩尺模型不会发生驰振,仿真计算结果与风洞试验结果吻合较好,为工程结构气动力截面选型提供依据.

圆柱绕流的离散涡数值模拟

首先用面元法模拟了圆柱绕流的势流解,得到了多个圆柱不同配置下的流线图,在此基础上按照一定分离规则引入点涡,就可以用离散涡方法很好地模拟多圆柱绕流,先后得到了流场的流型、涡量等值线图、速度矢量图和阻力升力系数,结果表明单圆柱和双圆柱后的流场有相当大的差别,后者的流型、速度矢量分布都发生了很大的变化,阻力和升力系数也显著增大。

错列不等直径双圆柱绕流特性数值研究

为研究低亚临界雷诺数Re情况下错列角度θ对不等直径双柱体绕流特性的影响,利用Fluent软件模拟了Re为3 900、间距比G/D为2.0、直径比D/d为0.5、θ=0°~180°之间9种角度的绕流过程,得到了流场涡量图、斯特鲁哈数St_1和St_2、平均阻力系数C_(d1)和C_(d2)以及平均升力系数C_(l1)和C_(l2)。研究结果表明,随着θ的从小到大,St_1先增大后减小,且在θ=30°和180°时有两个值,St_2在θ=120°~150°时明显小于其它角度;C_(d1)和C_(d2)的整体趋势都是先增大后减小,C_(l1)在θ=150°时取得极大值,C_(l2)在θ=30°时取得极小值。θ=0°时,两柱后方有单一涡脱落形态;θ=30°时,小柱后方有稳定漩涡脱落产生,大柱后方涡脱落受到干扰,且大柱有两个涡脱落频率;θ=45°~90°时,在间隙流的作用下,两柱后方均有漩涡脱落,尾流中有两列涡街;θ=120°~180°时,大柱后有稳定漩涡脱落,小柱涡脱落受到抑制。研究结果可为相关海洋工程设计提供参考。

不同倒角半径方柱绕流数值模拟研究

为探究不同倒角半径下方柱绕流的特点和流场特性,文章基于CFD软件对单方柱和倒角半径为0.15D、0.25D和0.35D的方柱绕流进行了三维数值模拟。研究表明,方柱加倒角后,阻力系数会减小,升力系数先减小后增大但始终小于方柱的升力系数;随着倒角半径的增大,方柱的斯托罗哈数也逐渐增大,旋涡脱落频率加快;带倒角的方柱会出现胞体结构,呈现明显的三维特性,旋涡脱落的相关性较弱;方柱具有固定的分离点,而带倒角的方柱分离点不固定且相对方柱更加复杂。

不同网格划分方式的圆柱型舵杆绕流数值模拟结果比较

涡泄的存在使得舵杆表面周期性变化的升力和阻力增加,从而导致物体的振动,影响了舵杆的稳定性。阐述了将舵杆简化为二维圆柱模型。二维圆柱模型绕流分析主要依靠数值模拟,目前已经广泛运用,有限元软件模拟首先要考虑网格的选取与划分,运用两种网格划分方式模拟Re=200时二维静止圆柱的绕流情况,对模拟出的升力与阻力系数进行比较与分析。计算结果表明第二种划分方式计算出的结果更加接近实验结果。