高雷诺数下串列双圆柱绕流的影响因素研究Study on influence factors of flow around twin tandem-circular cylinders under high Reynolds number
崔维征,秦文彬,张宪堂,李朋,张明光
摘要(Abstract):
针对串列双圆柱绕流问题进行了数值研究,利用Fluent软件建立二维数值模型,探究了不同柱体间距、不同柱体表面粗糙度对串列双圆柱阻力系数、升力系数、St数的影响。采用SST k-ω湍流模型,对雷诺数为1×10~6,柱体间距L/D分别为1.75、1.90、2.20、2.50,表面粗糙度Rh在0~0.5%D范围内的串列双圆柱进行数值模拟。结果表明:柱体间距L/D在1.75~2.50范围内,光滑柱体表面下,St数、后柱平均阻力系数会随着柱体间距的增加而增大;同时,柱体间距对升力系数振幅也存在极大影响。改变柱体表面粗糙度,会使柱体间距为1.75的串列双圆柱前柱平均阻力系数在Rh=0.2%D时降低7%,而各柱间距下的后柱平均阻力系数会随粗糙度的增加而减小。研究成果能够为河道桥梁建设和圆柱绕流理论研究提供基础数据。
关键词(KeyWords): 雷诺数;串列双圆柱;柱间距;粗糙度
基金项目(Foundation): 国家自然科学基金(51709161);; 山东省自然科学基金(ZR2017MEE043,ZR2013EEM023);; 山东省高等学校科技计划项目(J14LG06);; 山东省研究生教育创新计划项目(SDYY15086,SDYY15088);; 山东科技大学研究生科技创新项目(SDKDYC170213)
作者(Author): 崔维征,秦文彬,张宪堂,李朋,张明光
DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2018.02.014
参考文献(References):
- [1]龙天渝.流体力学[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.
- [2]颜大椿,李晨兴,陈凌,等.超临界状态下的串列双圆柱绕流[J].力学学报,1989,21(4):385-390.
- [3]胡卫华.基于Fluent的多圆柱体绕流场数值模拟[J].科技导论,2010,28(24):75-78.
- [4]陈文曲,任安禄,李广望.串列双圆柱绕流下游圆柱两自由度涡致振动研究[J].力学学报,2004,36(6):732-738.
- [5]张大可,赵西增,胡子俊,等.低雷诺数下串列双圆柱涡激振动问题的数值模拟[J].哈尔滨工程大学学报,doi:10.11990/jheil.201610018.
- [6]ZDRAVKOCICH M M.Flow induced oscillations of two interfering circular cylinders[J].Journal of sound and vibration,1985,101(4):511-521.
- [7]ZDRAVKOCICH M M.Review of interference-induced oscillations in flow past two parallel circular cylinders in various arrangements[J].Journal of wind engineering and industrial aerodynamics,1988,28(1-3):183-199.
- [8]姚熊亮,戴绍仕,王国忠.均匀流场中串列双圆柱水动力特性的数值实验研究[J].哈尔滨工程大学学报,2006,27(5):698-703.
- [9]楼小峰,曹丰产,林志兴.串列钝体绕流的数值计算[J].同济大学学报,2002,30(5):604-608.
- [10]范敏.单圆柱风荷载的雷诺数效应研究[D].成都:西南交通大学,2014.
- [11]程霄翔,赵林,葛耀君.高超临界雷诺数区间内二维圆柱绕流的实测研究[J].物理学报,2016,65(21):232-247.
- [12]ZHANG X T,CHEN X J,HUANG J M,et al.Optimum design of bridge cross section with low clearance considering wave load effects based on numerical wave-tank[J].Journal of coastal research,2015(73):232-237.
- [13]王福军.计算流体动力学分析:CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.
- [14]ZHANG X T,ZHOU H M,WANG H L,et al.Analysis on wave forces acting on box girder of twin decks offshore bridge[J].Przeglad elektrotechniczny,2012,88(9):29-32.
- [15]林琳,王言英.不同湍流模型下圆柱涡激振动个的计算比较[J].船舶力学,2013,17(10):1115-1125.
- [16]MENTER F R.Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications[J].AIAA journal,2012,32(8):1598-1605.
- [17]张宪堂,高康宁,周红敏.基于FLUENT的跨海桥梁升阻力与波浪冲击高度相关性研究[J].山东科技大学学报,2013,32(4):57-61.
- [18]邓枫,伍贻兆,刘学强.用DES数值模拟分离绕流中的旋涡运动[J].计算物理,2008,25(6):683-688.
- [19]CUI W Z,ZHANG X T,LI Z X,et al.Three-dimensional numerical simulation of flow around combined pier based on detached eddy simulation at high Reynolds numbers[J].International journal of heat and technology,2017,35(1):91-96.
- [20]史里希廷H.边界层理论[M].北京:科学出版社,1988.
- [21]何颖,杨新民,陈志华,等.高雷诺数圆柱绕流分离的旋转控制[J].哈尔滨工程大学学报,2016,37(8):1143-1150.
- [22]ZDRVKOVICH M M.Flow Around Circular Cylinders[M].Oxford:Oxford University Press,1997.
- [23]KARABELAS S J.Large eddy simulation of high-Reynolds number flow past a rotating cylinder[J].International journal of heat and fluid flow,2010,31(4):518-527.