具有自由液面流場(chǎng)中圓柱繞流的數(shù)值模擬研究.pdf

1、帶有自由液面的流動(dòng)現(xiàn)象廣泛地存在于現(xiàn)實(shí)生活中，它與人類的生存和發(fā)展有著不可分割的聯(lián)系，人們對(duì)它的利用和研究從來(lái)就沒(méi)有間斷過(guò)。在港口、海岸及近海工程的研究領(lǐng)域中，自由液面流動(dòng)問(wèn)題的研究也是其中一個(gè)很重要的部分。海洋深海鉆井平臺(tái)、立管、大橋橋墩、海洋中航行的船舶、桅桿等結(jié)構(gòu)物穿透自由液面，引起了物體表面的粘性效應(yīng)，包括各種形式的波的自由液面現(xiàn)象，物體表面薄的邊界層，氣泡夾帶，和三維的流體分離等現(xiàn)象。在海洋工程方面，目前的研究多集中于船舶穿透

2、自由液面方面，而對(duì)于圓柱狀結(jié)構(gòu)穿透自由液面研究很少。 本文使用計(jì)算流體力學(xué)軟件CFX，應(yīng)用RNGκ-ε湍流模型，結(jié)合VOF(Volume Of Fluid)方法，在雷諾數(shù)為104～105，弗勞德數(shù)為0.15～0.88范圍內(nèi)，研究了均勻流場(chǎng)中三維圓柱體穿透自由液面的繞流問(wèn)題。分析了自由液面在流場(chǎng)繞過(guò)圓柱時(shí)的變化，并分析了自由液面對(duì)流場(chǎng)繞過(guò)圓柱的尾跡的影響，總結(jié)流場(chǎng)對(duì)不同的雷諾數(shù)和弗勞德數(shù)的變化規(guī)律。同時(shí)也分析了自由液面對(duì)圓柱表面的

3、各種作用力的影響，并將數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果和已有計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并分析。本文主要結(jié)論如下： 1．在圓柱前駐點(diǎn)，自由液面上升的高度L小于Fr2*D/2。在背壓區(qū)，由于自由液面的影響，圓柱背壓區(qū)的基壓系數(shù)在-0.7～-0.5的范圍內(nèi)，且背壓區(qū)的自由液面下降深度L0與基壓系數(shù)的關(guān)系滿足Cpb=2gL0/V2。 2．隨著弗勞德數(shù)增大，自由液面的影響深度和范圍增大。較高的雷諾數(shù)限制了自由液面對(duì)流場(chǎng)的作用，自由液面對(duì)流場(chǎng)流動(dòng)的影響變小