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低雷诺数下尾部隔板影响圆柱绕流的数值研究

段志强  
【摘要】:圆柱绕流是一个复杂的流动现象,包含了钝体绕流的基本特征。在流体绕流圆柱的过程中,由于边界层的分离,会在圆柱尾部出现周期性的旋涡脱落,使圆柱发生涡致振动。剪切层的“夹带”作用和圆柱两侧相反符号涡量之间的相互作用是圆柱绕流旋涡生成、脱落,并最终形成卡门涡街的两个重要因素,为了阻止涡旋的交替作用,提出了一种背流面沿流动方向的对称线上带分隔板的减阻抗振结构。并采用有限体积法、非结构化网格,在Re=200的较低雷诺数条件下,探讨了不同长度隔板对圆柱绕流的流场、斯特劳哈尔数和升阻力系数的影响。 数值研究结果表明,圆柱后加分隔板能有效限制旋涡脱落,不同板长产生不同的限制效果。隔板长度大于五倍圆柱直径(即L/D≥5)的条件下,旋涡不再脱落,而是被拉伸为对称的扁平结构并限定在圆柱后部的隔板两侧,从而在扁平对涡的外侧形成一种类似于流线型的流场结构;绕流的斯特劳哈尔数随着隔板长度的增加经历了先减小后增大再减小的变化过程,在隔板长度为L/D=1和L/D=2时,出现极小值和极大值;随着隔板长度的增加,绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=5时,平均阻力系数下降了约27.8%。 数值计算结果还表明,低雷诺数下圆柱绕流尾部脱落的旋涡也具有一定的三维特性。


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