發(fā)布時間：2020-07-16 03:38

【摘要】：圓柱繞流問題一直是流體力學中的經典問題,在高層建筑物的抗風領域和海洋工程領域均有廣泛應用。歷史上由于圓柱繞流產生的卡門渦街現象給各國都造成巨大的損失,為了避免卡門渦街對建筑物產生影響,經過研究人員的大量研究,目前較為成熟的消除圓柱后方卡門渦街的方法就是改變圓柱的形狀以及給流體域施加洛倫茲力。但是給流體域施加磁化力卻很少有論文去研究。針對消除圓柱繞流后方卡門渦街的問題,本文主要從給圓柱繞流施加磁化力,通過研究不同雷諾數下,不同磁場強度下圓柱繞流流場結構的變化情況來觀察磁化力抑制卡門渦街的效果。分析了不同磁場強度下圓柱表面的換熱情況,得到了磁場強度與圓柱表面換熱之間的關系。本文采用ANSYS來計算磁化力,采用CFX來計算流場,并實現ANSYS和CFX之間的單向耦合。結果表明磁化力會消除圓柱繞流后方的卡門渦街,在雷諾數不變的情況下,當磁場強度為0.5T時,磁化力不足以抑制圓柱后方的卡門渦街;當磁場強度為1T時,在距離圓柱較近的地方,磁化力可以抑制渦脫落,在距離圓柱較遠的地方,磁場力不能完全抑制渦脫落;當磁場強度增大到1.5T時,磁化力可以完全抑制卡門渦街,圓柱后方呈現明顯的射流現象。隨著磁場強度增大,圓柱后方滯留區(qū)逐漸減小,直至消失。隨著磁場強度的增大,圓柱壁面的平均Nu數則先減小后增大。Re數越大,Nu數最小值就越靠后,且Nu數最小值均處于磁化力抑制卡門渦街的過渡狀態(tài)。在相同Re數下,隨著磁場強度的增加,流體在圓柱上下壁面處傳熱效果最好,在前駐點處傳熱效果較差,在后駐點處傳熱效果最差。隨著磁場強度的增大,流體的阻力系數逐漸減小,Re數越小,阻力系數減小的越快,Re數越大,阻力系數減小的越慢。當磁場強度從0增加3.5T時,Re=50的流體阻力系數從2.17減小到-4.88,減小了324.88%。Re=300的流體阻力系數從1.63減小到1.20,減小了26.38%。
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O357.5;TK124
【圖文】：

蘭州交通大學碩士學位論文柱繞流和磁化力耦合計算方法的介紹圓柱繞流模型 圓柱繞流計算模型本文模型如下圖 2.1 所示，圓柱繞流模型分為兩個部分。其中直徑 D=0.025m，通=26D，寬 W=0.1D，高 H=7D。其中圓柱中心距離入口處為 5D，距離流體域上下為 3.5D。

圓柱壁面示意圖

磁場對圓柱繞流流動與換熱規(guī)律的影響研究如圖 2.2 所示，整個圓柱展向壁面分成 4 個面積相等的壁面，分別是圓柱上側壁面，圓柱下側壁面，圓柱左側壁面和圓柱右側壁面，在后續(xù)表格中分別用 T、B、L、R 代表上、下、左、右四個壁面。此外，本文后面計算圓柱壁面局部 Nu 數均是從 θ=0°的位置開始，沿順時針旋轉。其中 θ=90°的位置是圓柱后駐點，θ=270°的位置是圓柱前駐點。2.1.2 計算域的組成整個模型的計算域分為兩部分，一部分為磁場計算域，一部分為流體計算域，磁場計算域是由流體計算域和永磁體和包裹計算域的空氣域一起構成的，用來計算永磁體周圍產生的磁化力。流體計算域用來模擬流體圓柱繞流。整個模型采用結構化六面體網格，為了保證圓柱近壁面處流體流動與傳熱的精確度，本文在圓柱近壁面處采用 O 型網格對網格進行加密，如圖 2.3 所示。

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