【摘要】：圓柱繞流問題是經(jīng)典的流體力學(xué)問題,研究立柱排列方式、雷諾數(shù)、來流方向等因素對尾流形態(tài)和受力的影響,具有重要理論和現(xiàn)實意義。傳統(tǒng)的CFD方法大多計算時間長、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,沒有數(shù)值耗散,同時能使計算效率大幅提升。文中分別采用隨機走步法和擴散速度法計算不同雷諾數(shù)下的單圓柱繞流問題,結(jié)果與經(jīng)典實驗結(jié)果一致,驗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)用擴展到雙圓柱繞流和張力腿平臺繞流。采用離散渦方法對不同間距下串列雙圓柱繞流的尾流特征和受力進行了計算,分析表明當(dāng)間距比為2和3時,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,兩個圓柱上均發(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)。同時利用離散渦方法對簡化的張力腿平臺模型進行了數(shù)值計算,研究了不同雷諾數(shù)下、不同來流方向的尾流特征和受力特性,并與實驗結(jié)果進行對比,結(jié)果表明不同流向角下張力腿平臺的尾流形態(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，因此模型試驗和數(shù)值研究成為了主流的散渦方法是一種近年來興起的數(shù)值方法，是通過跟蹤流場中渦的產(chǎn)生了解流場特性的一種方法。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，近年來受到研究人員的青睞。同時，基于渦量-流渦方法具有不需要壓力修正、程序設(shè)計簡單和便于圖像顯示[1]的特點，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[3]等問題。

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，邊界層在ε = ±84°( 曲線Ⅲ) 時就脫離下來，不再沿圓柱壁面運動。主要原因是力使邊界層流體能量不斷減少，速度降低。 同時，由后面形成尾渦和能量耗散。而對于湍流運動，分離點會后，貝納德在試驗中首次發(fā)現(xiàn)柱體后方分離出兩列渦旋， 年，德國科學(xué)家卡門從空氣動力學(xué)的觀點找到了渦旋繞流，渦街的每個渦的頻率 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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U674.38

【參考文獻】

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本文編號：2599405