方柱繞流減阻被動(dòng)控制方法研究.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文方柱繞流減阻被動(dòng)控制方法研究方柱繞流減阻被動(dòng)控制方法研究ThePassiveControlStrategyftheFlowPastSquareCylinder一級(jí)學(xué)科：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科專(zhuān)業(yè)：動(dòng)力工程作者姓名：徐亞坤指導(dǎo)教師：汪健生副教授企業(yè)導(dǎo)師：崔亮高級(jí)工程師天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年十二月中文摘要中文摘要在實(shí)際工程領(lǐng)域中，鈍體繞流一直為人們所關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。本文采用數(shù)值模擬方法，研究了鈍體繞流尾流特性及

2、其規(guī)律特性。針對(duì)流體的不同流動(dòng)狀態(tài)，采用幾種不同的被動(dòng)控制方法，實(shí)現(xiàn)減小繞流方柱的流動(dòng)阻力以及抑制其尾流振蕩。當(dāng)雷諾數(shù)較低時(shí)，即層流狀態(tài)下，在方柱近尾流區(qū)域設(shè)置一對(duì)平行薄板或者增加一排柵欄，改變其尾流特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流動(dòng)減阻及抑制渦脫落的效果。當(dāng)雷諾數(shù)較高時(shí)，即湍流狀態(tài)下，在方柱后面連接一柔性薄板，通過(guò)流固耦合作用，實(shí)現(xiàn)減阻及控制尾流穩(wěn)定性。本文的數(shù)值研究結(jié)果表明：在層流狀態(tài)下，即60≤Re≤200時(shí)，在方柱近尾流區(qū)域加有一對(duì)平行薄板，可

3、以改變其尾流特性。在一定間距下，平行薄板的存在可以“引導(dǎo)”方柱表面所形成的卡門(mén)渦街進(jìn)入平行板之間，由此可使方柱繞流的臨界雷諾數(shù)得以大幅度提高，從而延遲了方柱表面的渦脫落。而方柱繞流的特征系數(shù)，如升力系數(shù)的均方根值以及斯特勞哈爾數(shù)均降低。此外，平行薄板的存在可使方柱前駐點(diǎn)區(qū)以及后分離區(qū)的壓差減小，從使得其流動(dòng)阻力減小。其中在間隙比SD=2.0，Re=150條件下，方柱的流動(dòng)減阻效果最為顯著，其減阻效果可達(dá)15.45%。而在方柱近尾流區(qū)域設(shè)

4、置一排柵欄，可以分離或破碎已經(jīng)方柱表面所形成的卡門(mén)渦街，使得尾流區(qū)的大渦結(jié)構(gòu)變?yōu)樾〕叨葴u，其減阻效果顯著；在間隙比LPD=0.4Re=150條件下，其流動(dòng)減阻效果最為顯著，減阻可達(dá)31.33%。在湍流狀態(tài)下，利用雙向流固耦合思想在方柱后表面設(shè)置一柔性薄板，渦脫落以及流型明顯改變，對(duì)比單方柱，阻力系數(shù)平均值可降低34.6%，升力系數(shù)均方根值降低84.8%，流場(chǎng)震蕩明顯減低，St降低79.5%。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：被動(dòng)控制；分離薄板；柵欄；流固