有限長(zhǎng)圓柱繞流的流動(dòng)特性及其機(jī)理研究.pdf

1、有限長(zhǎng)圓柱繞流現(xiàn)象廣泛存在于淺海海洋工程結(jié)構(gòu)、深海潛標(biāo)系統(tǒng)以及土木建筑等工程應(yīng)用中，繞流的作用會(huì)使工程結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)力響應(yīng)，這是影響其工作可靠性與安全性的一個(gè)重要因素；同時(shí)，目前關(guān)于有限長(zhǎng)圓柱繞流并沒(méi)有形成一個(gè)具有代表性的流動(dòng)模型，也沒(méi)有一個(gè)針對(duì)其流動(dòng)現(xiàn)象而提出的全面合理的解釋。
　　本文在無(wú)限長(zhǎng)圓柱繞流的基礎(chǔ)上對(duì)不同長(zhǎng)徑比的固定在壁面上的有限長(zhǎng)圓柱展開(kāi)研究，分析其流場(chǎng)速度、渦量分布與圓柱受力等情況，在全面了解其流動(dòng)現(xiàn)象的同時(shí)

2、，對(duì)其本質(zhì)機(jī)理形成一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。
　　基于無(wú)限長(zhǎng)圓柱模型探究了亞臨界區(qū)內(nèi)湍流模擬方法與網(wǎng)格分辨率對(duì)繞流計(jì)算精度的影響，發(fā)現(xiàn)大渦模擬法相對(duì)于雷諾平均法具有明顯優(yōu)勢(shì)；網(wǎng)格劃分參數(shù)中，當(dāng)圓柱壁面首層網(wǎng)格尺寸小于0.04倍的圓柱直徑時(shí)，并盡可能的增大圓柱周?chē)膹较蚬?jié)點(diǎn)數(shù)，可以將計(jì)算誤差降至很低，二維模擬的計(jì)算誤差最大能達(dá)到50％以上，在計(jì)算中應(yīng)避免采用。
　　通過(guò)對(duì)比分析的方法，研究了有限長(zhǎng)圓柱繞流的流動(dòng)特性，由于圓柱自由端與固定

3、壁面的影響，圓柱上下游的流動(dòng)狀況明顯不同于無(wú)限長(zhǎng)圓柱繞流。其圓柱后的回流區(qū)部分或者完全是由是由繞過(guò)自由端的流體下洗運(yùn)動(dòng)造成的，在圓柱前出現(xiàn)了“馬蹄形”漩渦，圓柱后部分區(qū)域內(nèi)會(huì)出現(xiàn)交替脫落的漩渦結(jié)構(gòu)，整體上其漩渦呈“三角形”分布，而且圓柱近尾流區(qū)的渦量要大于遠(yuǎn)流場(chǎng)。漩渦結(jié)構(gòu)的改變進(jìn)一步使兩種繞流模型的圓柱受力產(chǎn)生顯著差別。
　　研究了長(zhǎng)徑比對(duì)有限長(zhǎng)圓柱繞流流動(dòng)特性的影響，并探討了其作用機(jī)理。不同的長(zhǎng)徑比改變了圓柱周?chē)黧w的三維流動(dòng)狀