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《高雷诺数下阵列四圆柱绕流流动形态数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第42卷第1期Vol.42，No.12016年2月SichuanBuildingMaterialsFebruary，2016高雷诺数下阵列四圆柱绕流流动形态数值模拟贺然(同济大学建筑工程系,上海200092)摘要:本文利用CFD(计算流体动力学)软件FLU-1．1控制方程ENT对阵列四圆柱进行了数值模拟。选取的湍流模型为二维黏性不可压缩非定常流动的基本控制方程为:5RNGk-ε模型,雷诺数为Re=2.07×10,模拟了不同间连续性方程:距比(S/D=0.3、0.6、1.0、1.3、1.6、1.9)及风攻角(α=əuəw+=0(1
2、)0、15°、30°、45°)情况下四圆柱绕流的流动形态。结果表əxəy明：S/D=0.3时流动形态为单体模式,S/D>0.3时上游圆动量方程:22柱后形成不完整的涡脱结构,S/D>0.6时上下两排圆柱后əuəuəu1əpəuəu+u+w=-+v+v(2)ətəxəyρəx22逐渐形成独立的涡脱结构,且α=15°、30°、45°时的流动əxəy22形态较α=0时复杂。əw+uəw+wəw=-1əp+vəv+vəv(3)ətəxəyρəy22əxəy关键词:流动形态;四圆柱;数值模拟;高雷诺数式中,u、w为速度分量,ρ为空气密度,
3、p为流场压力,ν为中图分类号:O353.4文献标志码:A运动黏度。文章编号:1672-4011(2016)01-0057-031．2物理模型及边界条件DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2016.01.028本文采用矩形计算区域,如图1所示。其中,D为圆0前言柱直径,取为0.3m,S为两相邻圆柱间的净距,α为风攻角,除下游边界距最近圆柱中心为15D之外,其余三个边多圆柱组成的柱群普遍存在于实际工程中,如海洋钻界都距最近圆柱中心8D。井平台中的立柱、高层建筑群和输电塔架等,因此,对于关于边界条件定义如下。多圆
4、柱绕流问题的研究具有重要的应用价值。早期研究多入口:速度入口(Velocityinlet),选取风速为V=10m/集中于试验研究,但该方法费用高且受设备限制较大,因5s,对应名义雷诺数为Re=2.07×10,来流湍流强度设置此,CFD(计算流体动力学)数值模拟逐渐成为流体动力学为15%;问题的主要研究方法。出口:自由出流(Outflow);对于流动形态的研究是多圆柱绕流问题的重要研究方上下边界:对称边界条件(Symmetry);[1]面。刘松等在Re=200的情况下,对不同间距比的串联圆柱面:无滑移壁面条件(Wall)。双圆柱进
5、行二维数值模拟,发现圆柱的绕流特性与间距比[2]有很大关系;郑森林等选取Re=200,研究了间距比对正三角形布置三圆柱绕流形态的影响,结果表明,小间距比时,下游圆柱发生单稳态偏流,大间距比时,上游圆柱脱落的剪切层受到尾流效应的影响,在下游圆柱间上下波[3][4]动;胡卫华与杨纪伟等都对不同排列形式下的双圆柱、[5]三圆柱及四圆柱流动形态进行了数值模拟;K.LAM等通过激光诱导荧光技术(LIF),对Re=200时的阵列四圆柱层流绕流进行了可视化研究,结果表明,风攻角对流动形[6]态有重要影响;同时,K.LAM等还对不同间距比情况下
6、的阵列四圆柱层流绕流进行了三维模拟研究。然而,以上研究均在较小的雷诺数下进行,本文选用图1物理模型示意图5Re=2.07×10,研究不同间距比与风攻角情况下阵列四圆1．3模拟工况柱绕流的流动形态。如图1所示,定义间距比为S/D,选取S/D=0.3、1数值计算模型0.6、1.0、1.3、1.6、1.9共6种工况。风攻角α取0°、15°、30°、45°,如图2所示。本文采用的网格划分软件为ANSYSICEMCFD,并使用常用的商业CFD软件FLUENT16.0对阵列四圆柱二维模型进行数值模拟。作者简介:贺然(1990-),女,山东泰
7、安人,在读硕士研究生,主要研(a)α=0°(b)α=15°究方向：高耸结构抗风。·57·Vol.42，No.1第42卷第1期February，2016SichuanBuildingMaterials2016年2月(c)α=30°(d)α=45°(c)S/D=1.0图2不同风攻角下的圆柱布置图1．4网格划分网格划分是数值模拟中非常重要的一个步骤,网格质量的好坏关系到模拟结果的精度及计算速度。本文采用多块结构化网格,近壁面网格进行适当加密,网格划分效果如图3所示。(d)S/D=1.3(a)模型整体网格划分(b)模型近壁面网格划分图3
8、模型网格划分(e)S/D=1.61．5参数设置[7]根据相关研究,湍流模型选取RNGk-ε模型,采用SIMPLE计算方法处理压力与速度的耦合,流场动量、湍流动能及湍流耗散率均采用二阶迎风格式离散。瞬态计算步长为0.001s,计算总时长为4s。2模拟结果与分析(f
