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并列双圆柱绕流的水动力特性研究

中国海洋大学学报（自然科学版） 2015年第5期45卷 107-113页

作者：于定勇崔肖娜唐鹏中国海洋大学工程学院山东青岛266100

多柱体系统在石油开采逐渐向深海发展的过程中得到广泛的应用，由于波浪、流对多柱体的影响易导致其破坏。因此研究多柱体系统绕流具有重大价值。目前多不等直径多柱体绕流的研究还有待深入。本文利用Fluent模拟雷诺数Re=3900，G／D为0... 详细信息

多柱体系统在石油开采逐渐向深海发展的过程中得到广泛的应用，由于波浪、流对多柱体的影响易导致其破坏。因此研究多柱体系统绕流具有重大价值。目前多不等直径多柱体绕流的研究还有待深入。本文利用Fluent模拟雷诺数Re=3900，G／D为0．1～2．5，d／D为0．5、1．0情况下并列双圆柱的绕流过程，并根据模拟结果分析G／D和d／D的变化对大、小柱体涡脱落形态、升力系数cr、阻力系数G和sf值的影响。结果表明，随着G／D变化，涡脱落形态会呈现出不同的形式，绕流参数值也随之发生变化。当0〈G／D≤0．2时，柱后只有一个涡脱落，为单一涡脱落区，升、阻力系数值存在突变，St值小于单柱S￡值；当0．2〈G／D≤0．5～1．0时，柱后出现交替的偏斜流，为偏斜流区，升、阻力系数随着G／D的增大而减小，S￡值在两个极值之间变化；当0．5～1．0〈G／D≤2．5时，柱后有成对的涡旋，为双旋涡脱落区，升阻力系数值趋于稳定，St值稳定在0．2左右。偏斜流区与双旋涡脱落区之间的临界间距比G／D随着d／D的增大而增大；不等直径情况下，间隙流偏斜对大柱的影响小于对小柱的影响。

关键词：并列双圆柱升力阻力系数涡脱落形态斯特鲁哈数St

不同倒角半径四柱体绕流数值模拟及水动力特性分析

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海洋工程 2021年第1期39卷 1-11页

作者：于定勇康骁赵建豪中国海洋大学工程学院山东青岛266100

为研究四柱体布置情况下倒角半径变化对柱体绕流水动力特性的影响,使用Fluent软件,采用大涡模拟方法研究了在雷诺数Re=3900下6种不同倒角半径的柱体在方形四柱体布置时的三维流场。在模型分析验证有效后,分析了柱体后方瞬时流场、水动... 详细信息

为研究四柱体布置情况下倒角半径变化对柱体绕流水动力特性的影响,使用Fluent软件,采用大涡模拟方法研究了在雷诺数Re=3900下6种不同倒角半径的柱体在方形四柱体布置时的三维流场。在模型分析验证有效后,分析了柱体后方瞬时流场、水动力参数、时均流场的变化情况。分析结果表明:随着倒角半径的增大,上游柱体的平均阻力系数逐渐减小,下游柱体的平均阻力系数除了在R+=0.1处增幅很大以外,其余均随倒角半径变大而平稳变大;各柱体的升力系数均方根变化趋势基本相同;R+=0.1、0.5时,上下游两柱体的升力系数曲线相位相反,而在R+=0.2、0.3和0.4时,上下游两柱体的升力系数曲线相位相同。

关键词：倒角半径柱体绕流四柱体布置时均流场涡脱落形态大涡模拟

不同倒角半径柱体绕流数值模拟及水动力特性分析

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海洋工程 2018年第5期36卷 1-11页

作者：于定勇赵建豪黄东燕钟延超中国海洋大学工程学院山东青岛266100

为研究倒角半径变化对柱体绕流水动力特性的影响,本文使用Fluent软件,采用大涡模拟对雷诺数Re=3 900下的6种不同倒角半径的三维柱体进行了研究。在模型验证基础上,分析了由方柱渐变到圆柱过程中后方流场速度的时均特性及瞬时涡脱落变化... 详细信息

为研究倒角半径变化对柱体绕流水动力特性的影响,本文使用Fluent软件,采用大涡模拟对雷诺数Re=3 900下的6种不同倒角半径的三维柱体进行了研究。在模型验证基础上,分析了由方柱渐变到圆柱过程中后方流场速度的时均特性及瞬时涡脱落变化规律,给出了不同倒角半径下的升、阻力系数值及无量纲涡脱频率St数。分析结果表明:平均阻力系数随倒角半径的增加而降低,在倒角半径为0.2D时下降速率最大,相较方柱降幅达到50%;升力系数均方根在倒角半径为0.1D^0.2D时变化最显著,减小约93%; St数随倒角半径增加而增大,在倒角半径为0.4D时可达到最大值;回流区长度随倒角半径的增加呈先增大后减小的趋势,其长度在倒角半径为0.2D时达到最大;尾涡宽度在倒角半径为0.0D最大,后随倒角半径增加逐渐下降,且当倒角半径大于0.2D以后变化不大。本文研究结果可为柱体绕流研究及相关工程应用提供参考。

关键词：倒角半径绕流大涡模拟时均流场涡脱落形态

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圆柱振荡绕流LBM数值模拟

圆柱振荡绕流LBM数值模拟

作者：相运福大连理工大学

学位级别：硕士

Lattice Boltzmann Method(LBM)是上世纪80年代从格子起动机(Latice Gas Automata，LGA)发展起来的一种新的计算流体数值方法。与传统的流体力学数值计算方法不同，LBM是从微观粒子运动的层面来对流体进行数值模拟，LBM描述对象是单一... 详细信息

Lattice Boltzmann Method(LBM)是上世纪80年代从格子起动机(Latice Gas Automata，LGA)发展起来的一种新的计算流体数值方法。与传统的流体力学数值计算方法不同，LBM是从微观粒子运动的层面来对流体进行数值模拟，LBM描述对象是单一粒子的分布函数，分布函数的控制方程是经典Lattice Boltzmann方程。与传统的流体力学数值计算方法相比较，LBM具有很多优点，如算法简单、边界处理容易、易于并行运算等特点。尽管近年来LBM在流体力学计算方面得到了很快的发展，成功地模拟了包括均相不可压缩湍流和多孔介质中的多相流动在内的流体动力学问题。但该方法还有许多值得研究的地方，例如LBM对往复运动边界流体动力学问题的研究。为了拓展LBM应用领域的范围，本文对LBM处理移动边界的方法进行了一些研究工作，并数值模拟了圆柱振荡绕流问题。圆柱振动绕流是一个经典的问题，含有丰富的内容，有着广泛的工程应用背景。可以发现大量相关的理论、实验、计算研究。例如圆柱沿均匀来流做横向振荡时，在f／f≈1，即振动频率在涡自然脱落频率附近时，会发生相位变化现象。圆柱沿均匀来流方向做纵向振荡时，涡脱落形态受圆柱振荡频率影响，不同的振动频率，会出现不同形式的涡脱落形态。本文首先应用LBM数值模拟了圆柱横向振荡绕流，并将计算结果与文献进行了比较，结果吻合良好。然后模拟了圆柱纵向振荡绕流，主要研究了振荡频率和振幅对升、阻力系数和尾涡脱落形态的影响。从计算结果中，总结了三种涡脱落形态。并对三种涡脱落形态和升阻力系数进行了分析。本文使用LBM数值模拟了圆柱振荡绕流，数值结果表明本文使用的处理移动边界的方法是可行的。同时对圆柱沿均匀来流方向纵向振荡涡脱落形态的分析，为以后处理类似的工程问题提供了参考价值。

关键词： LBM 移动边界数值模拟圆柱振动频率比涡脱落形态振幅

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不等直径串列双圆柱体绕流的数值研究

不等直径串列双圆柱体绕流的数值研究

作者：刘洪超中国海洋大学

学位级别：硕士

近年来，陆地石油、天然气资源日益枯竭，油气开发不断走向深海，因此对海洋结构装置如海洋平台、立管等提出了更高的安全要求。在海洋油气工程中，从技术和经济角度考虑，在管线铺设中往往采用直径不等的多柱体系统，而目前关于直径不... 详细信息

近年来，陆地石油、天然气资源日益枯竭，油气开发不断走向深海，因此对海洋结构装置如海洋平台、立管等提出了更高的安全要求。在海洋油气工程中，从技术和经济角度考虑，在管线铺设中往往采用直径不等的多柱体系统，而目前关于直径不等的多柱体系统静止绕流及涡激振动问题的研究还不多，本文采用数值模拟的方法对不等直径串列双圆柱体的静止绕流问题进行研究。论文总结了国内外多柱体静止绕流的研究现状，并分析了不等直径双圆柱体绕流存在的一些问题。本文利用Fluent模拟了不同间距比G/D和直径比d/D情况下的圆柱绕流现象。模拟采用的G/D分别为0.2、0.4、0.8、1、1.5、2.0、3.0、6.0，d/D为0.2、0.4、0.6、0.8，Re为200。数值模拟结果主要包括尾迹流场的速度分布，尾迹流场的流线、涡量分布，升力、阻力系数和涡脱落频率等。本文根据模拟结果分析了G/D和d/D对圆柱体的涡脱落形态，大、小柱体的升力、阻力系数和涡脱落频率的影响。结果表明涡脱落形态形态随着G/D和d/D的变化呈现不同的形式，在G/D小于临界间距比时呈现单一涡脱落形态，在G/D大于临界间距比时，呈现双旋涡脱落形态;临界间距比随着d/D增大而增大。在临界间距比附近大、小柱体的升力和阻力系数值及涡脱落频率变化较大;在同一间距比和直径比下大、小柱体具有相同的涡脱落频率f，但f随着d/D的增大而减小;同一间距和直径比情况下尾流形态随着Re的变化而呈现不同的形式。

关键词：直径不等双圆柱体升力阻力系数涡脱落形态涡脱落频率

基于格子玻尔兹曼方法的多孔颗粒绕流相互作用机理

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基于格子玻尔兹曼方法的多孔颗粒绕流相互作用机理

作者：韩佳良华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

多孔钝体绕流广泛存在于自然界和多种工程领域,如生命科学、能源化工、航空航天、核和海洋工程等重要基础领域,此类多孔颗粒的流-固系统涉及内外固体骨架与流体的复杂相互作用,深入研究和揭示其内在机理和流动规律具有重要的学术和应用... 详细信息

多孔钝体绕流广泛存在于自然界和多种工程领域,如生命科学、能源化工、航空航天、核和海洋工程等重要基础领域,此类多孔颗粒的流-固系统涉及内外固体骨架与流体的复杂相互作用,深入研究和揭示其内在机理和流动规律具有重要的学术和应用价值。目前,己有相当工作对多孔颗粒绕流开展了数值研究,但关于多钝体布置方式对涡脱落形态及钝体受力的探究还鲜有报道。基于此,本文采用介观格子玻尔兹曼方法(格子Boltzmann方法),对雷诺数(Re)为100、达西数(Da)在10-6≤Da≤10-2的典型流动特征范围内的多孔颗粒绕流问题,开展数值模拟和机理分析。通过考查双多孔颗粒的并列和串列布置,以及三颗粒呈等边三角形的结构布置,分析间距比(并列时为T/D,串列以及三颗粒时为L/D)和Da对涡脱落的形态、频率以及受力系数的影响机制,主要的研究结果如下:对于多孔颗粒呈并列布置时,本文共观察到七种流动模式,10-6≤Da≤10-3范围内存在五种,而在小Da范围(10-6≤Da≤10-4)和Da=10-2时各存在一种。当Da=10-2时,涡脱落从未形成,流动模式几乎不随间距比变化,受力系数几乎呈无波动的直线形态。当1.1≤T/D≤1.3时,减小Da会削弱间隙流的作用而延缓流动模式向下一阶段发展;当1.4≤T/D≤1.5时,减小Da会促进流动模式发生转变。此外,本文还发现两颗粒的阻力系数均存在阶跃现象,平均升力系数与Da呈负相关,涡脱落频率随间距比增大而增加,但是受Da的影响较小。对于多孔颗粒呈串列布置时,本文发现存在三种流动模式,即只有下游形成涡脱落的流动模式1、两颗粒后均有涡脱落的流动模式2以及无涡脱落的流动模式3。当Da=10-2时,下游颗粒会形成涡脱落,但随着间距比的增大涡脱落现象快速消失,当Da位于10-6≤Da≤10-3范围时,减小Da会促使流动模式更快进入模式2。特别地,在模式1下,涡脱落频率随间距比增大而减小,而在模式2下涡脱落频率几乎不随间距比改变。对于升力系数,Da越小其波动性越强,而阻力系数的阶跃现象仅发生在上游颗粒处,下游颗粒处则与Da成负相关。对于三多孔颗粒呈等边三角形布置时,本文发现存在十种流动模式。当Da=10-2时存在四种流动模式,上游颗粒的剪切层强度在1.6≤L/D≤3.2范围内随随间距比增大而增强,而在3.4≤L/D≤6.0范围内随间距比增大而减弱。当10-6≤Da≤10-3时,在1.2≤L/D≤2.6范围内存在三种与双颗粒并列布置有对应关系且涡脱落形态相近的流动模式,1.2≤L/D≤1.8时,减小Da会使流动模式转变出现延迟;在2.0≤L/D≤2.6时,仅当Da=10-6时才会促进流动模式转变。2.8≤L/D≤6.0时共有三种流动模式,小Da范围内单独存在其中一种。此外,本文还发现,三个颗粒的涡脱落频率在1.4≤L/D≤2.6不相等,上游颗粒的涡脱落频率较慢,对于其他间距比时三个颗粒的涡脱落频率一致。三个颗粒处的阻力系数均存在阶跃现象,其平均升力系数会随间距比增大发生改变,两个受力系数的波动性仍与Da成反比。

关键词：格子Boltzmann方法多孔颗粒绕流 REV尺度涡脱落形态受力系数