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1、,,人辑第卷增刊水动力学研究与进展年月〔。。方柱绕流的数值计算和实验研究孟庆国王羽中魏中磊吉林大学数学系北京首钥大学北京大学力学系摘要本文从数值计算和实验两方面对方柱绕流进行了研究。我们用有限分析方法计算了流场的流线分布祸分布和速度分布的曲线以及方柱后方的再附区域长度随数变化的曲线并同。我们用电解沉淀法对方柱前方的死水区方柱上方出现的分离剪绕后阶梯流动的计算结果进行了比较切层及方柱后方分离剪切层的再附等流动,现象进行了显示并将数值计算结果和实脸结果做了比较。二者在定性上是吻合的,,流。关健词有限分析方法再附长
2、度函数前言,。,过去十年来人们对绕后阶梯流动颇感兴趣因为这种流动图形虽然比较简单但流场却很,,,复杂又是复杂湍流的一种基本流动图案此外这一流动与工程实际问题联系比较密切因而,。工程师们对这种绕流问题很有兴趣但迄今这一流动中的有些间题还没有得到较好的解决方柱绕流是比绕。,后阶梯流动更为复杂的流动我们知道方柱绕流包括绕前阶梯流动和绕后。,阶梯流动由于方柱前方的分离区对方柱后方的分离区的作用使得方柱绕流在后方的流动图,。,案同只有后阶梯的流动图案很不相同关于绕后阶梯流动许多学者已从实验和数值计算两方。幻面进行了不少
3、研究卜他们着重研究从角点处分离的剪切层的再附现象以及再附长度随。,,数的变化其中山笋尸给出了在湍流状态下绕后阶梯流动的平均速度和山应力项的实验结果卿进一步给出了流场的脉动速度的三阶关联滋闭,的实验值汪阐述了逆压梯度对再附区域长度的影响另外,给出了在层流,绕后阶梯流动的速度剖。状态下面和再附长度随数变化的曲线。本文从数值计算和实验两方面对方柱绕流问题进行了研究计算是在徽机上进,,,行的所以只给出了在定常的层流状态下流场的速度分布流线和涡量的分布以及再附区域长,,度随数变化的曲线由于查不到关于方柱绕流的计算结果只
4、将我们的数值计算结果同。,绕后阶梯流动的情形进行了比较而我们的实验是在拖动水槽中进行的用电解沉淀显示法拍摄。。。了流场的流动图片实验数约为最后将我们的数值计算结果同实验进行了比较方柱绕流的数值计算么计算方法。本文于年月日收到水动力学研究与进展年增刊。我们用有限分析方法田计算方柱绕流有限分析方法的基本思想是对一常徽分或偏徽分方。。程给出它的局部的有限分析解具体做法是将整个流动区域分为若干矩形子区域在每个子区,,,,。域内将徽分方程线性化并给出其四周的边界条件因而对这一子区域可以得到一解析解这,,一方法由于充分考
5、虑了流场中的任一点受周围流动的影响因而它将比有限差分方法更精确。些控制方程如,。,,图所示的网格划分的方法针对现在的方柱绕流问题在层流状态下定义二维流动万今,今,小脚札⋯韶忍且协门门门口牙门门口月网丽卜如即打,耘币今即州云犷万矛砰一口困,,巴,卜州门口橱如甲。口一口口卜一十日‘劣⋯今图有限差分法的网格的,,。涡函数考流函数砂和速度所满足的方程如下刀已厅条二么哈弘弘右叭一翻,一甲,,叭,一叭,月毖刃。口处,,。。其中为方柱绕流入的最大速度为渠道宽度为运动学粘性系数计算砂二,梦,。、。区域如图所示上式中的是用无量
6、纲化的坐标值是用无量纲化的速度值一乡一几卜,一图计算区域方程可改写成下列形式。月条十奋一弘如,,二秒,一,条。其中产按,有限分析方法有下列离散方程盯照图所示的网格划分亡二,奋,右即铸心脚二心附。心。口而右胡,,雪,翻条条其中犷二凡一肠。反潜饰,即二召月肋”而一孟庆国等方柱绕流的数值计算和实验研究一朋一召已月刃一粗一反柑一一从‘脂砰召朋肚月无,〔,,,,一,,,一一〕一玄而乎石。一〔亡布十口食岛一口柑一一。〕月这里,一月凡几一凡佣月吞刀,,一,。“一。纂瓮黯一几一一凡凡一一习云〔月介,凡花〕留儿一一一从〔毋,及
7、〕。旧几沁护矛十刀”凡二此’几月乎心跳一叮几跳一万凡止刀为沌介一月正扭一爪,无谓月以由刀几,机,,场,,。如图所示我们取是方柱的宽度口二口,在入处和出处二的剖面上流函数和涡函数为赵,秒,一,夕二。一矛犷十乙犷少一在梦处“,”二价二,砂,云右,,在上边界即,二处,越认甲一一,,,,右乙气忿一砂一护水动力学研究与进展年增刊在方柱的丽边上,”,乒﹄砂。,谬,,〔一。,,一华任在而边上沙乒﹄一︸︷二砂一。,,,,。了、一毕,在丽边上忍,”砂。、二,,‘气劣少一粤性,在凹角点月和上一﹃︸移认户甲﹄秒一一。在凸角点处移,
8、”二功,、。,,〔,〔一,十,〕‘了,丁,华丰毕弃祖任一任任任份在凸角点处“,”砂,、,,、,。,,二,矿价,舌’二’’雪,、干分‘一一、〔砂了、芳一’分’产一了、书’令’一‘声一勺沪”计算结果,,,,,,等情况的计算结果如下图,和的流线分布图瓜。。图给出了流线的分布我们可以从图中观察到方柱后方的再附区域长度随翱的变化图为。,。涡线的分布由图可见在方柱右上方附近有一强剪切区,。图为时流场的主流速度分
