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湖南大学学报（自然科学版） 2023年第11期50卷 72-78页

作者：刘慕广管文夏杜睿余先锋谢壮宁华南理工大学土木与交通学院广东广州510640

通过节段模型风洞试验,研究雷诺数Re=307~906时圆杆正方形塔架的阻力系数,分析密实比、湍流度及风速等因素的影响.在试验研究的基础上,对比3种雷诺平均模型在圆杆正方形塔架气动力CFD数值模拟中的适用性,分析Re=300~2.5×10^(4)时阻力... 详细信息

通过节段模型风洞试验,研究雷诺数Re=307~906时圆杆正方形塔架的阻力系数,分析密实比、湍流度及风速等因素的影响.在试验研究的基础上,对比3种雷诺平均模型在圆杆正方形塔架气动力CFD数值模拟中的适用性,分析Re=300~2.5×10^(4)时阻力系数变化规律及影响因素.试验结果表明:圆杆正方形塔架的平均阻力系数在45°风向角时最大,0°和90°最小,并随密实比和风速的增大而减小,随湍流度的增大而增大;脉动阻力系数受密实比和风向角的影响不大,但随风速和湍流度的增大而增大.CFD数值结果显示:SST k-ω湍流模型在Re≤2.5×10^(4)时更适用于计算圆杆正方形塔架的平均阻力系数;随雷诺数的增大,塔架平均阻力系数在Re=300~585时急剧减小,Re=585~1090时减小趋势少许放缓,Re=1090~2.5×10^(4)时基本保持不变;完全处于上游杆件尾流区的下游杆件阻力系数相比于上游杆件减小50%左右.

关键词：圆杆正方形塔架阻力系数低雷诺数风洞试验数值模拟

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圆杆正方形塔架三分力系数的雷诺数效应研究

圆杆正方形塔架三分力系数的雷诺数效应研究

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作者：管文夏华南理工大学

学位级别：硕士

圆杆格构式塔架广泛用于通信、气象、电力等领域,其高耸轻柔低阻尼特性致使其极易出现风致振动问题,风洞试验是当前评估风致振动的最有效手段。圆杆格构式塔架的气动性能受雷诺数Re的影响极大,实际工程结构雷诺数大多处于10～5及10～6量... 详细信息

圆杆格构式塔架广泛用于通信、气象、电力等领域,其高耸轻柔低阻尼特性致使其极易出现风致振动问题,风洞试验是当前评估风致振动的最有效手段。圆杆格构式塔架的气动性能受雷诺数Re的影响极大,实际工程结构雷诺数大多处于10～5及10～6量级,而风洞试验模型雷诺数大多处于10～2～10～4量级,如何保证气动力的相似是一大难点。当前已有部分研究成果可用于Re=2.5×10～4～2×10～6区间平均阻力的相似模拟,但在Re圆杆正方形塔架的构件布置及尺寸,通过风洞试验,研究了Re=307～1855和Re=2.15×10～4～4.3×10～4区间内塔架的三分力系数,分析了多种结构参数的影响,为数值仿真提供试验数据支撑。平均阻力系数在45°风向角最大,0°和90°风向角最小,平均升力、扭矩系数绝对值在30°和60°风向角最大,0°、45°和90°风向角时接近于零。脉动三分力系数受风向角影响较小。(2)在试验研究的基础上,对圆杆正方形塔架的气动力展开CFD数值仿真,探讨了雷诺平均和LES等湍流模型的适用性。通过CFD给出了Re=300～2.5×10～4区间内的平均阻力系数和Re=300～2×10～6区间内平均升力、扭矩系数的变化规律,分析了密实比、湍流度对平均三分力系数雷诺数效应的影响,研究了产生雷诺数效应的机理。SST k-ω和Transition SST模型分别适用于圆杆正方形塔架低雷诺数和高雷诺数区间平均力的计算,LES适用于所有雷诺数区间平均和脉动力的计算。平均阻力系数在Re=300～2.5×10～4区间数值先减小然后基本保持不变。平均升力、扭矩系数在临界雷诺数区间急剧增大后减小,其他区间稳定在0附近。平均阻力系数随密实比的增大而减小,平均升力、扭矩系数受密实比影响较小。湍流度对平均三分力系数的影响与雷诺数区间有关。平均阻力系数主要由尾流区的负风压系数决定,其雷诺数效应主要由上游杆件和下游未被遮挡的斜杆引起。平均升力系数的雷诺数效应主要由上下游主杆、斜杆引起。临界雷诺数区间内平均扭矩系数的剧烈变化主要由风压系数的不对称引起。(3)通过LES给出了Re=300～2×10～6区间内圆杆正方形塔架脉动三分力系数的变化规律,分析了密实比、湍流度对脉动力系数的影响,研究了产生雷诺数效应的机理。临界雷诺数区间发生脉动升力和阻力的急剧变化。脉动扭矩系数随雷诺数和密实比的增大而增大,脉动阻力系数受密实比影响较小。脉动三分力系数均随湍流度的增大而增大。密实比对脉动升力系数的影响和湍流度对脉动力系数的放大作用均与雷诺数区间有关。脉动阻力、升力系数随雷诺数的变化主要由完全处于尾流中的下游杆件引起。边界层内流态的转变和涡脱的不稳定导致临界雷诺数区间脉动力发生剧烈变化。

关键词：圆杆正方形塔架三分力系数雷诺数效应风洞试验数值模拟

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