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海洋工程 2020年第1期38卷 101-110页

作者：涂佳黄张志豪曹波肖毅凡梁经群湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105 岩土力学与工程安全湖南省重点实验室湖南湘潭411105 中车株洲电力机车有限公司湖南株洲412000

基于Fluent流体计算平台,运用大涡模拟方法对亚临界雷诺数Re=3900下“X”形排列五圆柱体结构群三维绕流特性进行研究,主要分析来流攻角α与间距比L/D两个关键参数对五圆柱体结构群的尾流区三维涡结构演化与流体力系数的影响,并揭示其内... 详细信息

基于Fluent流体计算平台,运用大涡模拟方法对亚临界雷诺数Re=3900下“X”形排列五圆柱体结构群三维绕流特性进行研究,主要分析来流攻角α与间距比L/D两个关键参数对五圆柱体结构群的尾流区三维涡结构演化与流体力系数的影响,并揭示其内在流动互扰机理。研究表明:来流攻角和间距比的变化对五圆柱体结构群流动控制及互扰效应的影响显著。在小间距比工况下,观察到柱体群间隙区域内流体高速流动的现象,导致五圆柱体之间的互扰作用十分强烈。间隙流对中间圆柱体和下游圆柱体有较强的冲击作用,对其表面的流体力分布特性有显著的影响。另外,大间距比工况下,当α=0°与L/D≥5.0工况时,柱体群尾流效应强于其间隙流效应。当α=22.5°与L/D=7.0时,位于下游与中间处的圆柱体流体绕流特性存在较大差异。而当α=45°与L/D≥6.0时,位于上游与中间处的圆柱体尾流区均会产生正负交替的漩涡结构。

关键词：五圆柱体间距比来流攻角流动模态互扰效应

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振荡流下单/双圆角柱体结构绕流特性数值研究

振荡流下单/双圆角柱体结构绕流特性数值研究

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作者：王程湘潭大学

学位级别：硕士

柱体绕流是工程领域和自然界中比较常见的一种流体运动现象,如海洋平台、海底石油管道和大海中的孤岛等。一方面,海底资源的发现使得柱体结构逐渐向大洋中建设,其速度和运动方向时刻变化的海洋流体犹如振荡流作用于柱体结构表面且长期... 详细信息

柱体绕流是工程领域和自然界中比较常见的一种流体运动现象,如海洋平台、海底石油管道和大海中的孤岛等。一方面,海底资源的发现使得柱体结构逐渐向大洋中建设,其速度和运动方向时刻变化的海洋流体犹如振荡流作用于柱体结构表面且长期反复作用下会导致柱体结构产生不均匀的流体力进而危及其安全。另一方面,技术的发展使得圆角柱体结构开始被大规模地应用于实际工程,但振荡流研究主要集中在规则柱体结构。因此,本文运用数值计算软件Fluent对零均值振荡流下单圆角柱体结构和串并列双圆角柱体结构群绕流问题进行研究具有一定的实际工程意义,其主要分析圆角半径、来流攻角和间距比对流场分布特性和流体力系数的影响,主要研究工作和相关结论如下:（1）振荡流下单圆角柱体结构二维绕流问题数值研究。研究发现来流攻角增大不仅会改变尾流漩涡数量还会改变漩涡和附着涡的位置进而导致尾流涡街分布呈对称、非对称和对角等形式。此外,来流攻角增大还会使得顺流向速度分布由“V”型向“U”型转变而横流向速度分布则由对称向不对称变化。另一方面,大圆角半径会使得附着涡消失而小圆角半径对流场分布无较大影响,且圆角半径仅在大来流攻角下对顺横流向速度分布有较大影响。然而,来流攻角和圆角半径增大均会改变流体力系数分布和Liassajous曲线形状。另外,圆角半径增大还会导致柱拖曳力系数减少但惯性力系数则先减少后增大而来流攻角增大对两系数的影响与圆角半径相反。（2）振荡流下串列双圆角柱体结构群二维绕流问题数值研究。研究发现当间距比小于临界值时,圆角半径增大会使得双柱体结构群尾流呈“三斜向尾流涡街”、“双斜向尾流涡街”和“双平行尾流涡街”模式且各柱体表面的附着涡会消失。一方面,间距比和圆角半径增大对各柱体尾流区流体顺横流向速度分布影响均较小且顺流向速度分布呈“U”型并关于y/D=0对称而横流向速度分布呈反对称。另一方面,两柱体的流体力系数分布在串列布置时存在相位差且圆角半径对流场分布的影响强弱取决于间距比。另外,圆角半径增大还会导致拖曳力系数先减少后增大而惯性力系数则一直减少,但间距比增大会导致两系数均先增加后基本趋于定值。（3）振荡流下并列双圆角柱体结构群二维绕流问题数值研究。研究发现双柱体结构群尾流在n≤2.0均为间隙区漩涡模式且形成平行涡街而各柱体尾流在n≥3.0时则形成斜向涡街且圆角半径较小时呈对称分布。一方面,两柱体在x/D=±0.06处的流体顺流向速度分布均呈“U”型且关于间隙区中心线对称而横流向速度分布则互为反对称。另一方面,两柱体的升力系数时程曲线分布在并列布置时呈反相但趋势一致,其圆角半径和间距比增大均会改变各柱体的升力系数时程曲线分布和Liassajous曲线形状但对升力系数FFT谱影响较小。另外,圆角半径增大会减少拖曳力系数和惯性力系数而间距比增大则导致两系数均先减少后基本保持不变。

关键词：零均值振荡流圆角半径来流攻角间距比尾流特性

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圆柱体结构群绕流特性数值模拟研究

圆柱体结构群绕流特性数值模拟研究

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作者：曹波湘潭大学

学位级别：硕士

圆柱体结构群广泛存在于实际工程领域中,如高层建筑、冷却塔、拉索和桥塔等。流体载荷会影响该类结构的强度、稳定性和安全性。基于Fluent计算平台,本文运用大涡模拟方法,对亚临界雷诺数下圆柱体结构群三维绕流问题进行数值计算,全面深... 详细信息

圆柱体结构群广泛存在于实际工程领域中,如高层建筑、冷却塔、拉索和桥塔等。流体载荷会影响该类结构的强度、稳定性和安全性。基于Fluent计算平台,本文运用大涡模拟方法,对亚临界雷诺数下圆柱体结构群三维绕流问题进行数值计算,全面深入分析串列双圆柱体、正方形排列四圆柱体和“X”形排列五圆柱体结构群绕流特性,并阐述其互扰效应,可为工程设计提供参考依据。本文主要研究工作如下:(1)研究雷诺数Re=3900下串列双圆柱体三维绕流问题,分析间距比对串列双圆柱体的流体力系数及其尾流场分布特性的影响,并阐明其内在的互扰效应和力学机制。研究发现:随间距比的增加,双圆柱体中间区域流场会发生较大的变化,流场流动模式由再附着模式转变为尾流冲击模式。(2)研究雷诺数Re=3900下正方形排列四圆柱体结构群三维绕流问题,分析来流攻角(α)与间距比(L/D)两个关键参数对四圆柱体的流体力系数及其尾流场分布特性的影响,并阐明其内在的互扰效应与力学机制。研究发现:来流攻角和间距比的变化对四圆柱体结构群绕流特性、流场流动模态及其互扰效应的影响较大。当α=0°、22.5°和45°时,不同间距比工况下,正方形排列四圆柱体结构群绕流的临界间距比分别为3.5、3.5和3.0,其流动互扰机理由临近效应转变至尾流效应。另外,小间距比工况下,间隙流体区域会发生高速流动现象。大间距比工况下,上游圆柱体的绕流特性类似于单圆柱体工况,下游圆柱体受到上游圆柱体尾流的干扰作用增强。(3)研究雷诺数Re=3900下“X”形排列五圆柱体结构群三维绕流问题,分析来流攻角与间距比两个关键参数对五圆柱体的流体力系数及其尾流场分布特性的影响,并阐明其内在的互扰效应与力学机制。研究发现:来流攻角和间距比的变化对五圆柱体结构群绕流特性、流场流动模态及其互扰效应的影响较大。当α=0°、22.5°和45°时,“X”形排列五圆柱体结构群绕流的临界间距比分别为5.0、6.0和6.0。当α=0°与L/D=5.0-7.0时,间隙流效应强于尾流效应。当α=22.5°与L/D=7.0时,下游圆柱体和中间圆柱体两侧流体流动特性依然有差别。当α=45°与L/D=5.0时,上游圆柱体尾流区没有发生涡脱落现象,而中间圆柱体会发生涡脱落现象。当间距比增大至6.0-7.0时,上游圆柱体和中间圆柱体尾流场均有漩涡的生成与脱落。

关键词：圆柱体结构群间距比来流攻角尾流模态互扰效应大涡模拟

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大攻角正弦振荡流作用下的流线型箱梁空气动力特性研究

大攻角正弦振荡流作用下的流线型箱梁空气动力特性研究

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作者：李浩弘重庆大学

学位级别：硕士

本文基于国家自然科学基金面上项目“山地城市大跨度悬索桥主梁截面的气动导纳函数研究”(项目编号:51778193),采用主动控制风洞试验与CFD数值模拟相结合的手段分别研究了流线型箱梁在不同攻角均匀流,零攻角正弦振荡来流,以及多攻角的... 详细信息

本文基于国家自然科学基金面上项目“山地城市大跨度悬索桥主梁截面的气动导纳函数研究”(项目编号:51778193),采用主动控制风洞试验与CFD数值模拟相结合的手段分别研究了流线型箱梁在不同攻角均匀流,零攻角正弦振荡来流,以及多攻角的正弦振荡来流作用下的气动力性能,分析了来流的攻角、振荡频率和振荡幅值对于箱梁表面风压分布、整体气动力和流场特性的影响。主要研究工作如下:开展了多攻角(-15°≤α≤15°)均匀流作用下的流线型箱梁风洞试验和数值模拟。试验与计算结果表明较小的攻角不会引起明显的流动分离和漩涡脱落,箱梁表面压力系数满足高斯分布特性。随着来流攻角增大,箱梁上、下表面发生明显的流动分离,尾流出现交替的漩涡脱落,其范围逐渐扩大,平均压力系数恢复越慢,脉动压力系数逐渐增大,压力系数流向相关性和展向相关性最小值向尾流方向移动。进行了零攻角正弦振荡流作用下主动控制风洞试验与数值模拟,研究了振荡频率(f=1.396.67Hz)和幅值(U=0.5 m/s)对流线型箱梁气动力特性的影响。零攻角正弦振荡流作用下的流线型箱梁,其平均流场和平均压力系数与其在均匀流作用时基本相同,且不受振荡频率和幅值的影响。随振荡幅值与频率的增大,尾流漩涡脱落现象更显著,其脱落间距随振荡频率的提高而减小,但与振荡幅值无关。相应地,脉动压力明显增大,其趋势可拟合为关于振荡幅值、振荡频率和流动距离的线性关系式。压力系数流向相关性随振荡频率的增加而增大,但不随振荡幅值而变化;振荡幅值较低时,整体气动力随振荡频率的变化较小;随着幅值增加,整体气动力随振荡频率变化明显,其中脉动阻力系数随来流频率呈线性增大的趋势。进行了流线型箱梁在非零攻角正弦振荡流作用下的数值模拟,在幅值U=1m/s的条件下,研究了振荡频率对流线型箱梁气动力特性的影响。在较小攻角(-8°≤α≤8°)范围内,来流频率对平均流场、平均压力系数和整体升、阻力系数影响很小,压力系数符合高斯分布。在大攻角(α≤-12°和α≥12°)范围内,来流频率对流动分离范围、平均压力系数和整体升、阻力系数影响较大,表面压力系数呈现非高斯分布特征。脉动压力系数在较小攻角(-8°≤α≤8°)范围内沿流动距离线性增加,但在大攻角(α≤-12°和α≥12°)范围内沿流动距离减小或呈波动趋势。此外,有攻角条件下,振荡来流频率的增加引起明显的尾流涡脱现象,其脱落间距随攻角而增大。

关键词：流线型箱梁正弦振荡流来流攻角表面压力流场特性

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叶片失速颤振发作机理的探讨

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航空学报 1985年第5期 411-416页

作者：何力周盛北京航空学院

本文对于现有的叶片失速颤振计算模型进行了一些改进,以期使其更接近于真实物理图画。计算结果表明,就槽道激波以及物面气流分离对于叶片气动弹性稳定性所起的作用来看,在单自由度纯弯振荡和双自由度弯曲主导振荡两种情况之下是具有实... 详细信息

本文对于现有的叶片失速颤振计算模型进行了一些改进,以期使其更接近于真实物理图画。计算结果表明,就槽道激波以及物面气流分离对于叶片气动弹性稳定性所起的作用来看,在单自由度纯弯振荡和双自由度弯曲主导振荡两种情况之下是具有实质性差别的。在文中对于一个实际转子的失速颤振边界进行了数值预测,并与相应的实验结果进行了对比。

关键词：叶片边界气动弹性稳定性计算结果失速颤振来流攻角

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