發(fā)布時(shí)間：2021-05-19 03:37

　　在海洋工程和其他流體環(huán)境的工程中,圓柱形結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛,例如海洋平臺(tái)的支撐柱、海洋鉆井平臺(tái)的立柱等。這些柱體結(jié)構(gòu)浸沒在流體環(huán)境中,受到流體的作用力會(huì)在柱體的后方形成周期性脫落的旋渦,增大柱體所受到的阻力,誘發(fā)渦激振動(dòng),不利于工程機(jī)械的工作狀態(tài),甚至產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的疲勞破壞等危害。目前對(duì)此類柱體繞流問題的研究已經(jīng)形成了系統(tǒng)的課題和許多分支,而有限長(zhǎng)圓柱繞流就是其中之一。有限長(zhǎng)圓柱由于自由端效應(yīng)的存在使其與一般圓柱繞流的受力狀況大大不同,而其在工程實(shí)踐中卻同樣廣泛存在。本文在Re=2×104的條件下對(duì)有限長(zhǎng)圓柱與有限長(zhǎng)方柱繞流進(jìn)行數(shù)值模擬,目的在于探索柱體形狀改變時(shí)自由端效應(yīng)的變化,并在有限長(zhǎng)柱體自由端接近壁面的工況下進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)值模擬,以得出一些結(jié)論來指導(dǎo)工程實(shí)踐。為了兼顧效率與準(zhǔn)確性,本文的數(shù)值模擬采用合適的雷諾時(shí)均湍流模型。首先,對(duì)二維及三維圓柱進(jìn)行數(shù)值模擬驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果中采用SSTκ-ω湍流模型能比較準(zhǔn)確的得出圓柱受力結(jié)果,又采用前人針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型缺陷的修正模型對(duì)三維方柱進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證,在驗(yàn)證結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上對(duì)有限長(zhǎng)圓柱及方柱進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過數(shù)值模擬的方法,本文探索了自由端效應(yīng)對(duì)圓... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 有限長(zhǎng)柱體繞流的自由端效應(yīng)研究進(jìn)展綜述
        1.2.1 具有自由端效應(yīng)的有限長(zhǎng)圓柱繞流
        1.2.2 有限長(zhǎng)圓柱繞流的實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展
        1.2.3 有限長(zhǎng)圓柱繞流的數(shù)值模擬研究進(jìn)展
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 湍流的數(shù)值計(jì)算基本原理
    2.1 基本控制方程
    2.2 湍流數(shù)值模擬
    2.3 本章小結(jié)
第3章 數(shù)值模擬方法及驗(yàn)證
    3.1 OpenFOAM開源代碼概述
        3.1.1 OpenFOAM開源代碼
        3.1.2 OpenFOAM基本操作流程
        3.1.3 數(shù)值離散格式和求解方法
        3.1.4 修正的yt-ε模型在OpenFOAM中的實(shí)現(xiàn)
    3.2 數(shù)值計(jì)算方法有效性驗(yàn)證
        3.2.1 幾何模型及流場(chǎng)網(wǎng)格劃分
        3.2.2 時(shí)間步長(zhǎng)的選取
        3.2.3 二維圓柱繞流的數(shù)值驗(yàn)證
        3.2.4 三維圓柱體繞流的數(shù)值驗(yàn)證
        3.2.5 三維方柱體繞流的數(shù)值驗(yàn)證
    3.3 本章小結(jié)
第4章 自由端對(duì)有限長(zhǎng)柱體繞流的影響
    4.1 帶自由端的有限長(zhǎng)圓柱繞流模型
    4.2 有限長(zhǎng)圓柱的計(jì)算結(jié)果分析
        4.2.1 自由端附近的流動(dòng)現(xiàn)象
        4.2.2 周向壓力系數(shù)特性研究
        4.2.3 阻力系數(shù)特性研究
        4.2.4 升力系數(shù)特性研究
        4.2.5 有限長(zhǎng)圓柱繞流的斯托哈爾數(shù)
        4.2.6 回流區(qū)長(zhǎng)度
        4.2.7 尾流場(chǎng)的旋渦脫落模式及壓力分布
    4.3 有限長(zhǎng)方柱的計(jì)算結(jié)果分析
        4.3.1 阻、升力系數(shù)特性研究
        4.3.2 有限長(zhǎng)方柱繞流的斯托哈爾數(shù)
        4.3.3 回流區(qū)長(zhǎng)度
        4.3.4 尾流場(chǎng)的旋渦脫落模式及壓力分布
    4.4 自由端對(duì)圓柱和方柱的影響區(qū)別
    4.5 本章小結(jié)
第5章 自由端的頂部壁面影響
    5.1 幾何模型的建立
    5.2 頂壁面對(duì)有限長(zhǎng)圓柱的影響
        5.2.1 壓力系數(shù)的變化
        5.2.2 阻力系數(shù)的變化
        5.2.3 升力系數(shù)的變化
        5.2.4 斯托哈爾數(shù)分析
        5.2.5 回流區(qū)長(zhǎng)度
        5.2.6 尾流場(chǎng)的旋渦脫落模式
    5.3 頂壁面對(duì)有限長(zhǎng)方柱的影響
        5.3.1 阻力系數(shù)的變化
        5.3.2 升力系數(shù)的變化
        5.3.3 斯托哈爾數(shù)變化
        5.3.4 回流區(qū)長(zhǎng)度
        5.3.5 尾流場(chǎng)的旋渦脫落模式
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[2]抑制板對(duì)湍流中圓柱繞流抑制機(jī)理的數(shù)值研究[D]. 張弘揚(yáng).哈爾濱工程大學(xué) 2017
[3]有限長(zhǎng)圓柱繞流的流動(dòng)特性及其機(jī)理研究[D]. 喬永亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[4]圓柱繞流及其控制的數(shù)值模擬研究[D]. 何鴻濤.北京交通大學(xué) 2009
[5]常用湍流模型適用性分析及翼型VOF數(shù)值模擬[D]. 汪禮.華中科技大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3195038