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1、第30卷第12期武汉理工大学学报Vol.30No.122008年12月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDec.2008不同雷诺数下圆柱绕流仿真计算1122詹昊,李万平,方秦汉,李龙安(1.华中科技大学土木工程与力学学院,武汉430074;2.中铁大桥勘测设计院有限公司,武汉430050)摘要:应用计算流体力学软件Fluent对不种雷诺数下(亚临界区、超临界区、极超临界区)的圆柱绕流进行仿真计算。采用大涡模型(Large-eddysimulation),不可压缩的Navier-Stokes方
2、程,计算了三维圆柱绕流的气动力特性。系统分析了56涡脱落形态,阻力系数,Strouhal数随雷诺数的变化情况。数值计算结果表明流动呈明显的三维特性,在10≤Re≤10时出现阻力危机现象,从亚临界区、超临界区到极超临界区,涡脱落形态由规则到不规则再到规则。关键词:圆柱绕流;大涡模型;三维仿真计算中图分类号:U448.215文献标识码:A文章编号:1671-4431(2008)12-0129-04NumericalSimulationoftheFlowAroundaCircularCylinderatVariesReynoldsNu
3、mber1122ZHANHao,LIWan-ping,FANGQin-han,LILong-an(1.SchoolofCivilEngineeringandMechanics,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China;2.ChinaZhongtieMajorBridgeReconnaissance&DesignInstituteCoLtd,Wuhan430050,China)Abstract:Flowoveracylinderisafundamental
4、fluidmechanicsproblemofpracticalimportance.Thispaperpresentsthecal-culationsofcharacteristicsofarigidsinglecircularcyclinderintwoorthreedimensionalincompressibleuniformcrossflowbyus-ingLamberorLarge-eddysimulationmethodofFLUENT.Thenumericalsimulationfocusedoninvestig
5、atingthecharacteris-7ticsofthedragcoefficient,StrouhalnumberandthetypicalflowpatternswiththeReynoldsnumberfrom1to10.ItisfoundthatunderthehighReynoldsnumbertheflowaroundthecylinderobviouslyappearsthreedimensionalcharacteristics.Thereis56suddendecreaseinCdfor10≤Re≤10,T
6、henumbericalresultsaregoodagreementwiththepreviousexperimentresults.Keywords:circularcylinder;large-eddysimulation;three-demensionalnumericalsimulation一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟的对象。因为这种流动既有不固定的分离点,又有分离后的尾流和脱体涡。随着雷诺数的增加,尾流性质,脱体涡的形态有很大的变化,具有丰富的流动现象。桥梁结构物,如拱桥的吊杆、斜拉桥
7、的拉索,具有圆柱形状,物体表面边界层流动在逆压梯度下分离,在一定的雷诺数范围产生规则的旋涡结构,诱发顺气流方向和垂直于气流方向的作用力,有可能发生共振导致结构损伤或疲劳破坏。因此研究柱体在不同雷诺数下的气动力参数,旋涡脱落特性对于工程结构设计有着重要意义。收稿日期:2008-07-21.基金项目:国家自然科学基金(10372033).作者简介:詹昊(1971-),男,博士生.E-mail:poetryzhanhao@163.com130武汉理工大学学报2008年12月1数值模型1.1FLUENT湍流模型及大涡模拟FLUENT提供
8、的湍流模型包括:单方程(Spalart-Allmaras)模型、双方程模型(标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、可实现(Realizable)κ-ε模型)及雷诺应力模型和大涡模拟。大涡模拟建立在湍流统计理论和拟序结构认识的基础上,克服了传统湍流模型中时均处理和普
