数值模拟圆柱绕流旋涡运动及尾流不稳定性分析

1引言流体绕过圆柱所产生的非定常旋涡运动以及由此引起的流动不稳定性在理论和实践上都具有重要的意义。数值模拟圆柱绕流旋涡产生及演化过程，探讨圆柱尾流涡街产生的机制，控制尾迹不同速度型以抑制涡街的产生，避免涡激振动在工程上造成破坏作用具有重大实际意义。为使问题简化，本文以二维圆柱绕流作为研究对象。该流动涉及到非定常分离，旋涡的形成、运动及发展，流动不稳定性质改变等许多未完全解决的问题。B。had等山对圆柱突然起动问题作了一系列实验研究。文献门对二维圆柱绕流问题作了系统数值研究。本文采用文献门提出的差分格…     

气固两相三维圆柱绕流的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气周两相三维圆柱绕流的涡量场和颗粒扩散,并着重讨论了圆柱绕流中卡门涡街的形成和涡结构的转捩过程。同时分析了圆柱绕流中不同Stokes数的颗粒在涡结构作用下的横向扩散。结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0．01的颗粒在涡结构的作用下,在流场中充分混合。     

气固两相圆柱绕流的直接数值模拟

本文运用谱元方法对气固两相圆柱绕流进行了直接数值模拟。在获得高精度计算流场信息基础上,进行颗粒扩散运动的研究。通过研究颗粒大小对颗粒扩散运动的影响来刻画气固两相圆柱绕流的物理特征。研究时发现,由于圆柱尾流独特的涡结构特征,颗粒在流场中心轴线附近区域的扩散机理主要是决定于吸力作用,该作用会驱使小颗粒卷吸进入圆柱尾部近壁区,甚至与圆柱后壁发生碰撞,这种扩散机理与混合层中颗粒扩散机理明显不同。     

流体低速绕流振动圆柱对流换热数值研究

运用Fluent的动态网格技术,对空气低速绕流振动圆柱的对流换热进行了研究,分析了流动和振动参数对换热的影响。数值计算表明,在本文计算范围内,壁面振动可使换热强化,最大可强化9倍,换热的强化随振幅和频率的增大而增大。场协同分析表明,圆柱振动强化换热的原因在于速度场和温度梯度场之间的协同程度得到了改善。     

纳米尺度圆柱绕流现象的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法,利用Lennard-Jones(L-J)势能模型,模拟了Re为28时Ar流体流过Pt纳米圆柱的绕流现象.采用小步长时均值作为涡的瞬时值的方法,在纳米尺度、纳秒量级下得到了涡的周期性产生、组合、发展和脱落现象;在大步长时均条件下,得到了稳定的对称涡,表现出了绕流现象在不同时间范围内的不同特征.绕流过程还体现了流体的密度变化,圆柱上游密度大于下游密度、对称的两侧离轴线越远密度越大.结果表明,分子动力学模拟方法可以有效地细节刻画圆柱绕流现象.     

微尺度串列双圆柱绕流的分子动力学并行模拟

本文采用基于空间分解算法的分子动力学并行模拟方法,研究了微尺度、低雷诺数（Re=40）下串列等大的双圆柱绕流现象。结果表明：随着间距比L＊／D＊的增加,流动存在3种特征状态：当L＊／D＊〈1．1时,同单一物体的绕钝体流动相似;当1．1〈L＊／0＊〈3．5时,涡脱落现象只在下游圆柱出现,在两圆柱之间有交替附着于下游圆柱的...     

圆柱面上微小后向台阶层流绕流场的数值研究

1前言钩体绕流是燃烧、传热领域基本的流动现象，具有流动分离、流态转被、旋涡脱落、涡致振动等复杂特性。降低钩体绕流阻力一直是人们关心的问题。自从Prandtl圆球绊线实验以来，Stuper，Roshko，Zukausks，Achenbach，Klebanoff等［‘一列从不同角度研究了钝体绕流阻力的构成因素及降低钝体绕流阻力的若干方法。一致的观点是：因绕流钝体必然伴随着流动分离，流动阻力可分为与粘性有关的摩擦阻力及与流动分离有关的压差阻力两部分，其中，压差阻力约占总阻力的90N95％，其大小与流动分离点的位置密切相关。若流动分离时边界层内为层流…     

二维翼型跨音速绕流的数值模拟

本文结合高精度TVD格式的数值通量和时间进展多步法给出了一种求解定常流问题的数值方法。同时给出一些特殊处理来加快数值解的收敛速度。本文用以上方法计算了翼型跨音速绕流问题,结果表明此方法具有分辨率高,收敛速度较快之性质。     

高雷诺数下的圆柱绕流问题——以蜡烛燃烧为例

本文针对高雷诺数下的圆柱绕流问题,以火焰熄灭为例进行了相关的实验研究.结果表明在一定范围内,火焰熄灭时间与障碍物直径、蜡烛与障碍物之间的距离、蜡烛燃烧速率成正比关系,与气流流速成反比关系.通过分析发现实验数据与理论分析一致,说明了文章的实验方法可行、结论正确,为深入研究圆柱绕流、火焰燃烧问题及二者之间的联系提供了重要支撑.     

二维圆柱绕流的动模态分析研究

运用Fluent对单/双圆柱绕流非定常流场进行数值模拟计算,分析了涡脱落的发展演变过程。采用DMD方法对圆柱绕流流场进行稳定性判断,利用分解得到的DMD模态数据对流场进行还原,并对还原流场的误差进行分析。分析结果表明:DMD方法得到的模态包含模态的频率信息;DMD方法能通过提取出来的主要结构完成对流场的还原及预测工作。对于复杂流动结构的DMD分解,所提取的数据量极大程度的影响了模态分解的结果,是能否精确还原实验流场的关键因素。     

基于转捩SST模型凸起圆柱绕流数值研究

为了研究局部凸起对边界层转捩的影响,采用转捩SST模型分别对亚临界、临界和超临界状态下带突起的圆柱绕流问题进行了数值模拟,分析了不同Reynolds数下带突起的圆柱绕流问题的近壁面流动特征以及表面时均压力与摩擦力系数的分布和凸起对圆柱表面流动分离以及转捩的影响,对比了有无凸起两侧圆柱表面时均压力、摩擦力系数的不同. 结果表明:当来流Reynolds数处于临界区时,气流在圆柱上表面凸起处形成了3个反向旋转的漩涡,之后随着θ的增大,发生了流动分离和流动转捩现象;对于不同Reynolds数下的来流,圆柱上表面的凸起可以使气流发生转捩的位置提前;圆柱上表面的凸起使流速增大、压强降低,从而导致圆柱产生升力,随着来流Reynolds数的增大,其升力逐渐变大.      

紊流跨声速绕流的数值模拟

本文采用Baldwin-Lomax代数紊流模型,利用LU-ADI方法数值模拟了跨声速范围内紊流绕二元翼型的流动特性。通过数值实验证明本文所使用的方法求解跨声速绕流问题是成功的,它能给出同实验吻合较好的数值解。     

电磁力控制湍流边界层分离圆柱绕流场特性数值分析

在亚临界区高雷诺数Re=1.4×105下,采用脱体涡模拟结合湍流分离的方法对弱电解质中电磁力作用下湍流边界层分离圆柱绕流场及其升(阻)力特性进行了数值模拟和分析.结果表明,电磁力可以提高圆柱体湍流边界层内的流体动能,延缓圆柱体湍流边界层的流动分离,减弱圆柱体湍流绕流场中在流向和展向上大尺度漩涡的强度,减小圆柱体阻力时均值及其升力脉动幅值.当电磁力作用参数大于某个临界值后,湍流边界层流动分离消失,在圆柱体尾部产生射流现象,从而电磁力对圆柱体产生净推力作用,出现负阻力现象,而且升力脉动幅值接近于零,出现圆柱体升力消失现象.     

基于壁面压力反馈的圆柱绕流减阻智能控制

针对经典圆柱绕流问题,采用深度强化学习方法,提出了基于壁面压力反馈的圆柱绕流减阻闭环主动控制方法,并比较分析了施加控制前后圆柱阻力系数、升力系数及流场的差异.控制系统中,以圆柱壁面上均匀分布的压力探针测得的信号作为反馈,利用多层感知机建立压强信号与吹/吸射流及控制效果的映射关系,即控制策略;通过在圆柱上下表面狭缝施加连续可调的吹/吸射流来进行主动控制.同时,利用深度强化学习中的近端策略优化方法,在大量的学习过程中对该控制策略进行不断调整和优化,以实现稳定减阻效果.在圆柱绕流流动环境搭建方面,采用格子Boltzmann方法建立与深度强化学习模型之间的交互式框架,模拟提取非定常流场条件下圆柱表面的压强信号,并计算实时调整吹/吸射流强度时圆柱表面升力、阻力数据,以评估所选控制策略的优劣.研究表明:雷诺数为100时,主动控制策略能减少约4.2%的圆柱阻力,同时减少约49%升力幅度;同时施加主动控制后圆柱的减阻效果与圆柱回流区长度呈现强相关趋势.此外,不同雷诺数下智能体习得的策略减阻效果不同,雷诺数为200和400时,该主动控制策略能依次减小圆柱阻力17.3%和31.6%.本研究可为后续开展基于...     

有限平板绕流的数值模拟

本文用涡团法模拟了有限平板的绕流问题,计算出一个长度为1的无穷薄平板在静止的流体中突然起动并作匀速运动的周围流场的变化情况。方法上,用保角变换解决了在涡团法中遇到的一个拉普拉斯方程,并对变换中的奇点作了特殊处理,最后得到一个与已有的实验结果完全吻合的周期性数值解。     

建筑物周围绕流流场的三维数值模拟

运用κ-ε双方程湍流模型数值模拟了单个建筑物周围的空气流场,数值模拟结果与S.Muralami等人风洞实 验结果基本一致,在此基础上又模拟了一组建筑物群绕流的三维流场。     

球头高超音速热绕流的研究

本文研究了加热（冷却）对流动的影响。通过计算分析了在不同来流马赫数和加热量下，加热对球头高超音速绕流的影响规律。研究表明，加热对流动有着显著的影响，将使流动出现“热斥冷吸”、表面压力和激波距离增大、加热与冷却影响的非线性、加热使超音速区内马赫数下降趋向于１等现象。     

高超临界雷诺数区间内二维圆柱绕流的实测研究

实测强风工况下高度167 m的徐州彭城电厂冷却塔的表面风荷载,并归纳历史上其他研究人员给出的实测结果,以丰富高超临界雷诺数(Re)区间二维圆柱绕流的试验成果.在低湍流度均匀流场和高湍流度大气边界层流场中分别开展4种风速8类粗糙度条件下的冷却塔刚性模型测压风洞试验,通过对比低雷诺数(Re=2.1×10~5—4.19×10~5)条件下的风洞试验结果和高雷诺数(Re=5.4×10~7—1×10~8)条件下的现场实测结果研究各种静动态绕流特征随雷诺数的变化规律,重点考察雷诺数无关现象的产生条件.研究结果表明,对于物表相对粗糙度在0.01以上的圆柱绕流,雷诺数不相关现象存在于很宽的雷诺数范围(2×10~5Re1×10~8)内;增大来流湍流度亦能引起的雷诺数无关现象,但此时该现象可能仅存在于一个较窄的低雷诺数范围内.     

计算圆柱绕流拉力系数的自适应迎风有限元方法

研究圆柱绕流中拉力系数的自适应计算问题.对二维定常粘性不可压Navier-Stokes方程使用迎风有限元格式,通过引入对偶问题,得到圆柱拉力系数的加权后验误差估计器,实现了自适应网格加密.数值实验表明格式的可行性以及估计器的稳健性.