Control of Vortex Shedding and Drag Reduction through Dual Splitter Plates Attached to a Square Cylinder

在这份报纸，我们在旋涡流的控制上做了数字研究并且由依附薄 splitter 盘子拖柱体的减小。有依附的 splitter 盘子的方形的剖面图的柱体的 wake 结构为雷纳兹数字的一个范围被分析，基于事件溪流和柱体的高度，在 laminar 范围。管理流动的海军司烧方程被控制体积方法在蹒跚的格子安排上解决。我们为连接压力的方程使用了半含蓄的方法(简单) 为计算的算法。我们的结果证明柱体在上游的一个 splitter 盘子的存在减少 drag，但是它在当板长度在 1.5 次以后是柱体的高度时，流频率的旋涡上有小影响。一个下游的 splitter 盘子的存在阻抑流频率的旋涡。进内部方面的液体的乘火车分开砍层被下游的 splitter 板妨碍。我们的结果建议由依附柱体在上游、下游的同轴的 splitter 盘子，流的旋涡能被压制，以及减小在拖被获得。我们做了参量的研究决定这些 splitter 盘子的最佳的长度以便完成低拖并且低旋涡流频率。

Numerical Research of Flow past a Circular Cylinder with Splitter Plate at a Subcritical Reynolds Number Region

Numerical research of flow past a circular cylinder with a splitter at the subcritical Reynolds number region of 5 × 10~4—9 × 10~4 was researched based on Computational Fluid Dynamics(CFD) through solving twodimensional incompressible unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes(URANS) equations with the shear stress transport(SST) k-ω turbulence model. Three different grid resolutions were employed in the verification and validation study of the adopted turbulence model. Various fluid characteristics such as Strouhal number, lift coefficient of the cylinder and the splitter with respect to various splitter lengths and different Reynolds numbers were investigated. It was revealed that the lift coefficient ratio of the splitter over the cylinder remains near 1.6 when the splitter length is 1.5—4 times the cylinder's diameter. Vortex shedding is strongly inhibited when the splitter length is greater than a critical value of around four times the cylinder's diameter. The phase difference of the lift coefficient on the upper and lower surface of the splitter varies between-30?and 30?. The maximal lift coefficients are reached when the splitter length is about 2 times the cylinder's diameter. Besides, the splitter length has little influence on the separation angle around the cylinder.

隔板构型对超声速混合层流动及混合特性的影响研究

为进一步揭示超声速来流下混合层流场演化过程物理机制,采用高精度计算方法对超声速来流下混合层流动及生长特性开展数值研究。首先,采用经典算例深入验证了本文所发展计算程序在复杂流场预示方面的精度和可靠性。然后,对四种不同构型隔板下混合层流动及生长机制进行了深入分析。研究结果发现,在典型隔板构型中引入凹腔、楔形角及凸台结构后,整体流场结构变得更为复杂,且诱发了更为剧烈的混合层的涡卷起、配对、合并、旋转等流体物理现象。在典型隔板工况中混合层出现了再层流化现象,而引入凹腔、楔形角及凸台结构后能够有效抑制混合层出现再层流化现象。此外,所有隔板构型工况下湍流转捩区雷诺应力均出现了“多峰值”现象,但典型隔板工况的混合层附近的湍动能明显小于其余工况,同时,典型隔板工况的雷诺应力峰值与分布范围明显小于其余工况。就本文研究工况而言,在出口处楔形角隔板工况的混合效率最高,为0.050;同时其混合层厚度也最大,达到27.9 mm;但楔形角隔板工况的总压损失也最大,为0.22。

直流空气断路器高海拔环境下电弧重燃现象及其抑制措施

高海拔环境下直流空气断路器(DC ACB)在电弧开断过程中易发生重燃,导致开断失败的概率增加。为了抑制DC ACB高海拔开断时的电弧重燃,以轨道交通用车载DC ACB为研究对象,建立了二维磁流体动力学(MHD)仿真模型,分析了不同海拔下DC ACB中的电弧演变过程,通过增大横向磁场及设置“C”形栅片对其高海拔开断性能进行优化。结果表明增大横向磁场,2 km、3 km海拔下DC ACB不发生电弧重燃,但4 km、5 km海拔下发生电弧重燃。4 km、5 km海拔下,在增大横向磁场的基础上采用含“C”形栅片的改进灭弧室结构,能够使DC ACB在高海拔环境下成功开断。

分离盘对Spar型浮式风力机涡激运动抑制特性的试验与数值研究

涡激运动是导致浮式结构系泊系统疲劳破坏的重要原因,该文利用模型试验和数值仿真方法,开展尾侧分离盘对Spar型浮式风力机主浮体结构涡激运动抑制机理的研究。主要探讨分离盘长度L/D对风力机涡激运动特性的影响规律。研究发现,分离盘长度L/D=0时,涡激响应随折合速度的增加呈现明显的上部分支、锁定区及去同步化分支3阶段,结构发生涡激共振问题;当分离盘长度L/D≥0.2时,风力机不再发生涡激共振现象,且当分离盘长度L/D≥0.4时其抑制效果达70%以上。同时发现分离盘结构能诱发Spar型浮式风力机的艏摇运动。结果表明,分离盘对Spar型浮式风力机的涡激运动响应有明显的抑制效果。

新型辐照容器内部流场及温度场数值计算

辐照容器属于核级设备辐照鉴定试验装置的一个重要组成部件,是承载需要辐照的1E级设备的压力容器。针对新型辐照容器,采用ANSYS软件对容器内部流场及温度场进行了数值计算,研究了在实际工况下,辐照容器不同截面位置的温度分布和气流运动轨迹,以及分流板对温度分布和气流运动的影响,并经由试验验证了模拟结论。结果表明:增加分流板的辐照容器内部温度分布和气流运动更均匀,气流运动轨迹更集中于中间区域;内部温度分布更均衡,温差在5K以内,为新型辐照容器的设计提供了理论依据。

双分隔板对圆柱体结构流致动力响应影响分析

基于流体计算软件Fluent,对雷诺数Re=150工况下的带双分隔板圆柱体结构流致振动问题进行二维数值模拟,主要分析了折减速度U_(r)=4.0和U_(r)=5.0工况下,双分隔板对圆柱体结构近尾流场分布、结构动力响应、流体力系数和频谱特性的影响.研究结果发现:在两种折减速度工况下,分隔板的长度对圆柱体结构的振动响应影响较小.随着双分隔板间距比n_(1)的增大,圆柱体结构的横流向振幅会逐渐减弱,但当n_(1)≥0.8时抑制作用会基本失效,并且会激发结构动力响应.同时,双分隔板对圆柱体结构的阻力的抑制效果也会逐渐减弱.然而,仅在U_(r)=4.0时会对升力产生抑制效果,当0≤n_(1)≤0.2时较为显著.另一方面,当U_(r)=4.0时,随双分隔板长度与间距的变化,圆柱体结构的尾流漩涡脱落频率会从单频率模式转为双频率模式.

圆柱-分离盘结构的流致旋摆响应数值研究

利用数值模拟手段研究了圆柱-分离盘结构的流致旋摆响应,分析了雷诺数Re、分离盘长度比L/D对结构旋摆响应、流场特性及水动力系数的影响。结果表明:分岔现象出现在绝大多数工况下,分岔向不分岔过渡的临界雷诺数与盘长有关,分离盘越长,此临界雷诺数越大。旋摆平衡角随雷诺数的增大先增加,后基本维持不变;分离盘越短,旋摆平衡角越大。结构摆幅随雷诺数增大先保持为零,后快速增大,最后缓慢增大或基本不变;分离盘越长,结构摆幅越大,摆幅不为零的起始雷诺数也越大。结构摆动频率主要受雷诺数影响,二者呈正相关关系。结构发生分岔并在平衡位置大幅摆动时,一个旋摆周期内在盘尖端和下侧各脱落一个旋涡,而在盘上侧由于边界层再附着存在一个滞止涡,形成回流区。发生分岔但结构基本静止时,分离盘上侧、盘尖端及盘下侧存在稳定的、尺度不一的回流区。不发生分岔时,两个相同的回流区对称分布于分离盘上下两侧。分离盘具有调控尾流和增加背压的作用,因此结构的水动力系数相比于裸圆柱明显减小。

大跨度悬索桥钢箱主梁涡振性能优化风洞试验研究

以某大跨度钢箱梁悬索桥为工程背景,该桥桥面高速公路与人行道并存,桥面栏杆较多,且设置了防抛网,主梁竖向及扭转涡振明显。通过节段模型风洞试验研究了检修车轨道位置、桥面栏杆、分流板以及攻角和阻尼等对主梁涡激振动性能的影响,提出了优化主梁涡振的气动措施。试验结果表明,优化检修车轨道位置和在主梁风嘴处设置分流板能有效地抑制主梁涡振。

高雷诺数时分隔板对圆柱涡致振动的影响

钝体后安装分隔板是一种有效的被动控制技术,针对弹性支撑的圆柱-分隔板系统,采用有限体积法,求解雷诺平均的Navier-Stokes方程和使用Spalart-Allmaras一方程湍流模型,对非稳态湍流的圆柱-分隔板系统绕流进行数值计算。研究高雷诺数(1.5×104<Re<8×104)下,1D(D为圆柱直径)长的分隔板对圆柱涡致振动及其近尾迹流动特性的影响,将结果与没有分隔板时的圆柱绕流进行对比。结果表明,高Re数时分隔板的存在并没有减小圆柱振幅,振幅随Re数增加而持续增大;圆柱-分隔板结构的振动频率比单独的圆柱绕流时低,振动频率与固有频率比值保持在0.4附近;圆柱-分隔板结构后尾流旋涡出现2S模式,而没有分隔板时为2P模式。分隔板推迟尾流区剪切层间的相互作用,对圆柱涡致振动的抑制作用随着速度的降低逐渐加强。

钝体分离式双箱梁涡振优化措施研究

随着桥梁跨径不断增大,桥梁结构的抗风性能越来越关键。分体箱梁具有优越的颤振稳定性,故在桥梁建设中具有广阔的应用前景,但其涡振现象较明显。目前针对分离式双箱梁断面的涡振优化研究较多,但都是以流线型较好或高宽比较小的箱梁为研究对象,对钝体断面的研究较少。以某钝体分离式双箱梁桥为研究对象,通过风洞试验研究了导流板、分流板、风嘴等不同气动优化措施对主梁断面涡振性能的影响,并确定出优化性能最佳的措施。研究结果表明:风嘴措施对钝体分离式双箱梁的竖向涡振以及扭转涡振均具有较好的抑制效果;且风嘴角度越小,抑振效果越好。

分离式双箱主梁断面气动优化措施研究

随着桥梁跨径不断增大,抗风性能已成为设计中的关键控制性因素。由典型流线型钢箱梁中央开槽而来的分离式双箱主梁在超大跨径桥梁中具有广阔的应用前景。但目前针对分离式双箱主梁断面气动优化的研究多围绕某单一气动措施的优化展开,关于多种气动措施配合使用对其气动性能影响的研究较少。以同时设置了风嘴、导流板和分流板的分离式双箱主梁断面为对象,设计了16种断面形式,从静风稳定性和颤振稳定性两方面,研究了多种气动措施共存情况下,各气动措施对分离式双箱主梁断面抗风性能的影响,从而得到各气动措施的优化设置方法。研究成果对提高超大跨径桥梁抗风性能具有指导意义。

高雷诺数时分离盘长度对圆柱绕流特性的影响

使用大涡模拟方法,研究了高雷诺数时分离盘长度对圆柱绕流特性的影响,对不同长度分离盘下作用在圆柱体上的升力系数、拖曳力系数以及尾部流场的无量纲漩涡泄放频率(strouhal数)以及漩涡泄放形态进行了对比分析.分析结果表明:依据升力系数以及拖曳力系数随时间历程的变化特性可以将分离盘长度大致划分为3个区间,分别为稳定区间Ⅰ(分离盘长度L=0D时,D为圆柱直径)、非稳定区间Ⅱ(L=0.5D-1.0D)以及再稳定区间Ⅲ(L=1.5 D-8.0D).当分离盘长度从区间I变化到区间Ⅱ时,Strouhal(Sr)数出现突降;当分离盘长度从区间Ⅱ变化到区间Ⅲ时,Sr出现突升.随着分离盘长度的增加,圆柱尾部流场的漩涡泄放形式从2S模式(即从圆柱两侧每次只泄放单个漩涡)逐渐转化为2P模式(即从圆柱两侧每次同时泄放2个漩涡).

钝体绕流的分隔板控制技术研究进展

钝体是工程中一种常见结构,流体绕过钝体时产生的旋涡脱落易诱发结构振动,进而导致结构破坏.钝体后安装分隔板是一种典型的被动控制技术,分隔板推迟钝体尾流区剪切层之间的相互作用,进而有效改变钝体后旋涡脱落及尾迹特性,延长结构寿命,并且可以利用钝体-分隔板结构进行能量收集.本文全面回顾了利用分隔板进行流动控制和能量收集的研究及应用现状,分析了分隔板长度及分隔板与钝体的距离对钝体受力情况和旋涡脱落频率的影响,比较了各种不同形状的钝体在安装分隔板后的受力和尾迹特性,并指出利用钝体-分隔板结构设计能量收集系统是扩展清洁能源开发利用的一个研究重点.

带横隔板圆柱绕流特性数值模拟

为揭示尾迹区添加横隔板对圆柱绕流流场特性影响,把多步格式引入到特征线算子分裂有限元法中,建立了基于多步格式的特征线算子分裂有限元法:在每个时间步内将Navier-Stokes方程分裂成对流项和扩散项,对流项时间离散采用多步格式,在每一子时间步内沿特征线展开并显式求解。方腔流数值模拟结果表明该算法既可降低对整体时间步长的要求又可提高计算精度。对比有无横隔板圆柱绕流流场和圆柱表面压力变化表明,横隔板可以有效地抑制绕流尾迹区涡旋脱落,提高圆柱背流面压力,减少圆柱上下表面的压力差。

隔离板对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落的抑制

用隔离板对直径为D,沿流向振荡的圆柱后涡脱落进行抑制.隔离板放于圆柱尾流中心线上,控制参数包括隔离板长度L/D以及隔离板前缘到柱体振荡中心的距离G/D.实验的雷诺数范围Re=V∞D/ν=1.01×104～1.69×104,柱体折减振频范围feD/V∞=0～0.03,柱体振幅固定为A/D=0.2.风洞烟线显示和热线测量结果表明:当G/D位于一个有效区域内时,可有效抑制振荡柱体尾流的旋涡脱落.该有效区的大小随着隔离板板长的增大而增大,随着Re数和圆柱振荡频率的增大而减小.

并联布置立管涡激振动抑制装置试验研究

针对分隔板、控制杆和减振器3种涡激振动抑制装置,在波流水槽中进行不同间距下并联布置立管的裸管试验以及抑振管涡激振动试验研究,对比分析3种抑制装置的抑制效果。试验结果表明:在同一流速条件下,附加抑振装置后立管的振动振幅与裸管相比明显降低,所采用的3种抑振装置在不同程度上均抑制海洋立管的涡激振动;从横向振动最优抑制效果来讲,控制杆的效果最好;从顺流向振动最优抑制效果来讲,控制杆和分隔板的效果好,减振器的效果较弱。综合比较不同工况下各个间距和振动方向的最优抑制效果发现,控制杆的最优抑制效果最好,能够对并联立管横向和顺流向的振动起到很好的抑制效果。

附属分离盘抑制圆柱涡激振动的数值模拟

基于动网格技术,编写UDF程序计算附属不同长度分离盘的圆柱双自由度涡激振动,并借助FLUENT软件模拟计算其周围流场。通过模拟计算不同长度附属分离盘的圆柱涡激振动,系统地对比分析其所受升阻力系数、振动响应、尾流涡形态、运动轨迹和频率特征等方面内容,并总结其一般规律。分析发现,添加合适长度的分离盘可以大大降低涡泄频率,有助于避开"锁定"区域,降低涡激振动的响应,同时还应该注意附属分离盘带来的多频和宽频振动特征。该数值模拟方法也为附属抑制装置的立管涡激振动数值模拟奠定了基础。

低压电器空气灭弧室气流场特性的仿真研究

采用Fluent软件建立空气灭弧室气流场分析的二维模型,针对具有不同栅片结构的空气灭弧室内部气流场进行仿真,分析出气孔结构、栅片形状、栅片相对位置等因素对灭弧室气流场特性的影响。在此基础上,针对当前空气灭弧室结构存在的问题,对电弧入口处的栅片结构以及下引弧片与第二栅片的相对位置进行优化设计,经多次修正后得到较为理想的空气灭弧室结构。仿真结果为低压空气灭弧室结构的优化设计提供了理论依据。

分离板对圆柱体涡激振动特性影响的数值分析

圆柱形结构广泛地存在于自然界及工程界中,因粘性流动分离所诱发的涡激振动抑制问题一直备受国内外学者的密切关注。分离板作为常用的被动流动控制装置,其对圆柱形结构涡激振动的影响和抑制的内在机理还尚待开展深入的研究。文中基于升力振子模型和分离涡法(DES),结合异步迭代算法,采用SIMPLE算法和Newmark-β法对离散的流体和结构方程进行强耦合的数值求解。数值验证了基于分离涡强耦合算法的准确性,开展了不同约化速度下(0<U*<16.67)分离板(无因次流向长度L/D=0.5)对圆柱体单自由度涡激振动的影响研究,讨论分析了分离板对圆柱体尾涡模式、流体力响应、振动响应和频率特性的抑制效果,获得了临界流速。数值研究结果表明:当U*<10时,分离板对圆柱结构的涡激振动有显著的抑制作用,圆柱结构的最大振幅降低了约69%,频率锁定区域变窄,同时旋涡发放频率也明显下降,圆柱结构受到的平均阻力系数、均方根阻力系数和均方根升力系数分别降低了约40%、90%和52%;当U*>10时,分离板的存在会引起显著的驰振现象,圆柱振幅不断地增大;随U*的继续增加,剪切层在分离后又重新附着在分离板上,圆柱从水流中吸取能量且其远大于结构阻尼所消耗的能量,振幅继续增加并超过了光滑圆柱的振幅,圆柱振动显著加剧,分离板不能起到抑制圆柱振动的作用。