古往今來,流場(chǎng)控制一直存在于歷史的長河中,如投射的矛,航行的船,以及如今的橋墩等,其結(jié)構(gòu)組成及形狀將改變流場(chǎng),從而使得流場(chǎng)中結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度發(fā)生改變,因此,需要在新的流場(chǎng)中對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性、穩(wěn)定性的全面探討。本文主要從流場(chǎng)控制問題出發(fā),基于Fluent商業(yè)軟件采用Laminar計(jì)算模型,對(duì)低雷諾數(shù)下多圓柱體結(jié)構(gòu)群主動(dòng)控制流場(chǎng)問題進(jìn)行數(shù)值研究,并著重分析雙附屬旋轉(zhuǎn)圓柱與主圓柱體結(jié)構(gòu)群、六附屬旋轉(zhuǎn)圓柱與主圓柱體結(jié)構(gòu)群和串列旋轉(zhuǎn)雙圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流特性及其互擾效應(yīng)及內(nèi)在力學(xué)機(jī)制。本文主要研究工作如下:（1）研究雷諾數(shù)Re=50～200工況下,雙附屬旋轉(zhuǎn)圓柱與主圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流問題,分析了不同附屬圓柱旋轉(zhuǎn)速率對(duì)主圓柱體的相關(guān)力系數(shù)及其周圍流場(chǎng)分布特性的影響,并闡述其附屬圓柱與主圓柱的互擾效應(yīng)和力學(xué)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn):隨旋轉(zhuǎn)速率的增加,主圓柱體尾流區(qū)域流場(chǎng)會(huì)發(fā)生較大的變化,渦脫落受到抑制。同時(shí),主圓柱的阻力系數(shù)得到明顯降低。（2）研究雷諾數(shù)Re=200工況下,六附屬旋轉(zhuǎn)圓柱與主圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流問題,分析來流攻角與附屬圓柱旋轉(zhuǎn)速率兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)主圓柱體的力系數(shù)及其結(jié)構(gòu)周圍流場(chǎng)分布特性的影響,并闡述附屬圓柱與主... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

工程實(shí)例（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

圓柱結(jié)構(gòu)群繞流特性數(shù)值模擬研究2圖1-1工程實(shí)例（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）1.2旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的基本理論流體流過置于無限流場(chǎng)中物體的流動(dòng)現(xiàn)象稱之為繞流，是自然界和工程界普遍存在的一種物理現(xiàn)象。若流場(chǎng)中的圓柱自主的旋轉(zhuǎn)，使得流體流過圓柱體發(fā)生邊界層隨圓柱旋轉(zhuǎn)的方向發(fā)生偏移。同時(shí)，由于圓柱旋轉(zhuǎn)，在圓柱表面會(huì)附著一層加速旋轉(zhuǎn)的剪切層。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度較低時(shí)，圓柱體在其后方會(huì)產(chǎn)生周期性旋渦脫落，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增大，渦脫落則會(huì)消失不見。因此可見，旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的基本原理對(duì)結(jié)構(gòu)體帶來的影響有一定的研究。渦脫落是由于流體的粘性力而產(chǎn)生的。由于圓柱的旋轉(zhuǎn)，使得流體與圓柱之間的粘性力減弱，從而引起渦脫落被抑制。因此，在靜止?fàn)顟B(tài)下，由于流體粘性力較大，在圓柱體尾流區(qū)形成了著名的卡門渦街，卡門渦街實(shí)例如圖1-2所示：圖1-2自然界中的卡門渦街（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）不僅旋渦的生成與脫落的過程會(huì)產(chǎn)生流體力，當(dāng)圓柱旋轉(zhuǎn)后，會(huì)使得流體力發(fā)生偏移。其中流體力的方向、大小與旋轉(zhuǎn)的方向和速度相關(guān)。流體力可分解為與來流方向一致的阻力FD和與來流方向的垂直升力FL，其相互關(guān)系如圖1-3所示。

湘潭大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1-3流體作用力及旋轉(zhuǎn)圓柱工況示意圖旋轉(zhuǎn)圓柱的迎流面受到旋轉(zhuǎn)速度的影響后，迎流面的流體直接發(fā)生變異，隨著旋轉(zhuǎn)方向的指示順著圓柱下側(cè)流動(dòng)，因此在圓柱的迎流面會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓力，即吸力。同時(shí)，順著圓柱體表面加速，在圓柱下表面有一個(gè)曲面的快速流動(dòng)，從而產(chǎn)生一個(gè)指向上方的離心力FA，使得FL的方向向下，圓柱下側(cè)產(chǎn)生吸力。流體受到旋轉(zhuǎn)速度V的影響，在尾流端并未發(fā)生水平流動(dòng)，而是向斜上方流動(dòng)，和處于圓柱上方并未受到圓柱旋轉(zhuǎn)影響的流體發(fā)生碰撞，使得圓柱上側(cè)的流體速度變得緩慢，或者靜止。因此，在圓柱的旋轉(zhuǎn)速度不斷增大的過程中，圓柱下側(cè)的離心力越來越大，而上側(cè)的壓力基本無變化，從而圓柱整體受到一個(gè)向下的FL，也造FD與FL的比值越來越大。當(dāng)圓柱的旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)，上述的流體力中FL的方向會(huì)發(fā)生改變，而FD的影響不變。因此，升力的值與圓柱體旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)，當(dāng)圓柱順時(shí)針旋轉(zhuǎn)升力FL為負(fù)值，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)升力FL為正值，從而也會(huì)影響阻力FD大校當(dāng)圓柱的旋轉(zhuǎn)速度足夠大，圓柱體周圍的流體速度完全與流場(chǎng)的流體分隔開來，在圓柱表面就形成一個(gè)緊貼圓柱的剪切層，使得圓柱與流體之間的粘性力消失。1.3研究現(xiàn)狀流場(chǎng)控制目前主要是主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩種方式。被動(dòng)控制是當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)采用最普遍的流場(chǎng)控制方式，由于建筑物的大而重，使得建筑物處于流場(chǎng)中的被動(dòng)控制具有明顯優(yōu)勢(shì)。相比較與主動(dòng)控制，如果對(duì)建筑投入完全的“能量”并沒減少資源的損耗等，因此，主動(dòng)控制大多數(shù)采用附屬的方式。目前鈍體繞流的研究方式大多都是是采用物理實(shí)驗(yàn)的方法和數(shù)值模擬的方法。物理實(shí)驗(yàn)的方法需要消耗大量的資源及時(shí)間，因此數(shù)值模擬的方法被更多的學(xué)者采納。采用數(shù)值模擬的方法不僅消耗的資源較少，同時(shí)

【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
[1]旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的數(shù)值模擬與PIV實(shí)驗(yàn)研究[D]. 張賓.河北工業(yè)大學(xué) 2015
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本文編號(hào)：3576903