基于Fluent的圆柱绕流计算分析.pdf

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1、2014年第4期(总198期)安徽建筑基于Fluent的圆柱绕流计算分析ComputationalAnalysisofColumnCircuitousFlowBasedonFluent孙清莉，黄鹏(贵州大学，贵州贵阳550025)摘要：使用计算流体力学软件FLUENT，模拟均匀来流绕固定圆柱虽的流动，模拟不同的雷诺数时的圆柱绕流流动，得到流场的速度矢量图～和流函数等值线图及涡街图。通过计算分析得到：当雷诺数不同时，流--·一体的流动表现出一系5,1不同的构造。在雷诺数约为20和40前后流场=：有明显变化。其中当雷诺

2、数小于2O时，流动基本不分离；当大于20小于40时，圆柱后出现固定的漩涡；当大于40时，漩涡开始变得不稳定，B随着雷诺数的增大逐渐发展成两排周期性摆动和交错的旋涡。图1水线位置角图2水线尺寸关键词：圆柱绕流；Fluent；漩涡；流场一⋯⋯⋯r一中图分类号：TU311．4文献标识码：A文章编号：1007—7359(2014)04—0060—021圆柱绕流概述llL一⋯⋯⋯⋯一．一圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟对象。对圆柱的绕流研究在工程实际中有很重大的意义，例如：索图3计算域结桥的拉索抗风，高层建筑物

3、的抗风研究，海洋平台及管束的热构交换等。该问题早在2O世纪90年代得到广泛关注，并有大量位置有个凸起(见图1、2)。将其放置在无穷远来流速度为1．0设计研究结果发表。但是由于理论和实验条件等因素的限制，使得m／s不受干扰的均匀横流中。与实验难以进行。随着计算机速度及计算机容量的迅猛提高，数其中：D=0．1m，B=0．05D，H=0．02D，0=30。。研值模拟技术的日益完善，数值模拟已成为研究湍流的有效手2-2建立计算域(见图3)究应段。2．3绘制网格用圆柱绕流中，随着雷诺数的增加，粘性不可压缩流体绕圆柱在Gamb

4、it中绘制计算域网格。的流动会呈现各种不同的流动状态。在小雷诺数时，流动是定常的；随着雷诺数的增加，圆柱后会出现一对尾涡；当雷诺数较3FLUENT计算及结果分析大时，尾流首先失稳，出现周期性的振荡；而后附着涡交替脱落，泻入尾流形成Kannan涡街，随着雷诺数的增加，流动变得越来3．1FLUENT计算模型特性设定越复杂，最后发展为湍流。粘性不可压缩流体，在直角坐标系下，其运动规律可用N—s一般认为圆柱绕流有两种定常的流动图案：雷诺数较小方程来描述，连续性方程和动量方程分别为：时，圆柱后无尾涡；当雷诺数为较大时，圆柱后

5、有一对对称的尾卸=0(1)涡。+本文利用N—S方程，对固定圆柱圆柱绕流进行了数值模毒“嚣+毒(篝)c2，拟分析，先利用Gambit绘制网格，再运用FLUENT进行计算分雷诺数主要是由人流的湍流速度和流体的粘度、密度和边析。模拟了R分别为20、40、100时，圆柱周围的流场，得到流场界的代表性长度来决定的，对于圆柱绕流情况，它的表达式：R的涡量等值线和速度矢量图及涡街。=pUD／Ix。可以通过改变流体的粘度获得不同的雷诺数，流体特性见2计算模型表l。流体特性表1对于圆柱绕流问题，可以根据周期性将其简化为二维问题。本文

6、就将以二维模型进行计算。安2．1计算模型参数徽一个无穷长直径为0．1m的圆面积柱体，其中0=30。的边界条件：来流，速度人流边界条件；出口，outflow边界条建件，上下为对称边界条件，圆柱的边界条件是无滑移的wall。筑3．2计算结果收稿日期：2014—07—07通过计算得到了R=20、40、100时流场的速度矢量图和压作者简介：孙清莉(1989一)，女，贵州贵阳人，贵州大学在读硕士，研究囝方向：建筑结构抗震。力图，其中不同雷诺数下的流场速度矢量图见图4、5。