【摘要】：圓柱繞流問(wèn)題是經(jīng)典的流體力學(xué)問(wèn)題,研究立柱排列方式、雷諾數(shù)、來(lái)流方向等因素對(duì)尾流形態(tài)和受力的影響,具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的CFD方法大多計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、難以適應(yīng)復(fù)雜邊界、存在數(shù)值耗散等不足。離散渦方法是將N-S方程表達(dá)成拉格朗日形式并用渦量-速度表示出來(lái),沒(méi)有數(shù)值耗散,同時(shí)能使計(jì)算效率大幅提升。文中分別采用隨機(jī)走步法和擴(kuò)散速度法計(jì)算不同雷諾數(shù)下的單圓柱繞流問(wèn)題,結(jié)果與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,驗(yàn)證了離散渦方法的有效性。在此基礎(chǔ)上,將離散渦方法應(yīng)用擴(kuò)展到雙圓柱繞流和張力腿平臺(tái)繞流。采用離散渦方法對(duì)不同間距下串列雙圓柱繞流的尾流特征和受力進(jìn)行了計(jì)算,分析表明當(dāng)間距比為2和3時(shí),漩渦脫落僅發(fā)生在下游圓柱上,而上游圓柱不發(fā)生漩渦脫落現(xiàn)象,上游圓柱阻力系數(shù)為正數(shù),下游圓柱阻力系數(shù)為負(fù)數(shù);而當(dāng)間距比為4時(shí),兩個(gè)圓柱上均發(fā)生了明顯脫渦現(xiàn)象,上游和下游阻力系數(shù)均為正數(shù)。同時(shí)利用離散渦方法對(duì)簡(jiǎn)化的張力腿平臺(tái)模型進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,研究了不同雷諾數(shù)下、不同來(lái)流方向的尾流特征和受力特性,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明不同流向角下張力腿平臺(tái)的尾流形態(tài)為典型的2S脫渦模型,且除0°外,在其他不同角度下阻力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增加先減小后保持平穩(wěn)。
【圖文】：

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文理論研究尚存在一定的難度，因此模型試驗(yàn)和數(shù)值研究成為了主流的散渦方法是一種近年來(lái)興起的數(shù)值方法，是通過(guò)跟蹤流場(chǎng)中渦的產(chǎn)生了解流場(chǎng)特性的一種方法。它將 N-S 方程在拉格朗日形式下用渦量-速特征的一種方法。由于離散渦方法具有無(wú)網(wǎng)格、能適應(yīng)復(fù)雜邊界條件的準(zhǔn)確性和高效性，近年來(lái)受到研究人員的青睞。同時(shí)，基于渦量-流渦方法具有不需要壓力修正、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和便于圖像顯示[1]的特點(diǎn)，散渦方法具有重要意義。離散渦方法目前應(yīng)用較為廣泛，，包括解決橋題[2]、海洋平臺(tái)[3]等問(wèn)題。

圖 1-2 圓柱表面壓力系數(shù)分布[5]Fig.1-1 Pressure coefficient distribution on the surface of a cylinde，在“邊界層理論”基礎(chǔ)上，普朗特解決了“達(dá)朗貝爾沿著流向梯度足夠大時(shí)，邊界層在ε = ±84°( 曲線Ⅲ) 時(shí)就脫離下來(lái)，不再沿圓柱壁面運(yùn)動(dòng)。主要原因是力使邊界層流體能量不斷減少，速度降低。 同時(shí)，由后面形成尾渦和能量耗散。而對(duì)于湍流運(yùn)動(dòng)，分離點(diǎn)會(huì)后，貝納德在試驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)柱體后方分離出兩列渦旋， 年，德國(guó)科學(xué)家卡門(mén)從空氣動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)找到了渦旋繞流，渦街的每個(gè)渦的頻率 f 與繞流速度 V 成正比，Vf StD 特勞哈爾數(shù)，它主要與雷諾數(shù)有關(guān)。當(dāng)雷諾數(shù)為 300～
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U674.38

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2599405