在海洋工程和其他流體環(huán)境的工程中,圓柱形結(jié)構(gòu)應用廣泛,例如海洋平臺的支撐柱、海洋鉆井平臺的立柱等。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,不利于工程機械的工作狀態(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,而有限長圓柱繞流就是其中之一。有限長圓柱由于自由端效應的存在使其與一般圓柱繞流的受力狀況大大不同,而其在工程實踐中卻同樣廣泛存在。本文在Re=2×104的條件下對有限長圓柱與有限長方柱繞流進行數(shù)值模擬,目的在于探索柱體形狀改變時自由端效應的變化,并在有限長柱體自由端接近壁面的工況下進一步進行數(shù)值模擬,以得出一些結(jié)論來指導工程實踐。為了兼顧效率與準確性,本文的數(shù)值模擬采用合適的雷諾時均湍流模型。首先,對二維及三維圓柱進行數(shù)值模擬驗證,驗證結(jié)果中采用SSTκ-ω湍流模型能比較準確的得出圓柱受力結(jié)果,又采用前人針對標準κ-ε湍流模型缺陷的修正模型對三維方柱進行數(shù)值驗證,在驗證結(jié)果準確的基礎上對有限長圓柱及方柱進行數(shù)值計算。通過數(shù)值模擬的方法,本文探索了自由端效應對圓... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學位級別】：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 有限長柱體繞流的自由端效應研究進展綜述
        1.2.1 具有自由端效應的有限長圓柱繞流
        1.2.2 有限長圓柱繞流的實驗研究進展
        1.2.3 有限長圓柱繞流的數(shù)值模擬研究進展
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 湍流的數(shù)值計算基本原理
    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中的實現(xiàn)
    3.2 數(shù)值計算方法有效性驗證
        3.2.1 幾何模型及流場網(wǎng)格劃分
        3.2.2 時間步長的選取
        3.2.3 二維圓柱繞流的數(shù)值驗證
        3.2.4 三維圓柱體繞流的數(shù)值驗證
        3.2.5 三維方柱體繞流的數(shù)值驗證
    3.3 本章小結(jié)
第4章 自由端對有限長柱體繞流的影響
    4.1 帶自由端的有限長圓柱繞流模型
    4.2 有限長圓柱的計算結(jié)果分析
        4.2.1 自由端附近的流動現(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 有限長圓柱繞流的斯托哈爾數(shù)
        4.2.6 回流區(qū)長度
        4.2.7 尾流場的旋渦脫落模式及壓力分布
    4.3 有限長方柱的計算結(jié)果分析
        4.3.1 阻、升力系數(shù)特性研究
        4.3.2 有限長方柱繞流的斯托哈爾數(shù)
        4.3.3 回流區(qū)長度
        4.3.4 尾流場的旋渦脫落模式及壓力分布
    4.4 自由端對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 頂壁面對有限長圓柱的影響
        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)長度
        5.2.6 尾流場的旋渦脫落模式
    5.3 頂壁面對有限長方柱的影響
        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)長度
        5.3.5 尾流場的旋渦脫落模式
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]高雷諾數(shù)下有限長圓柱繞流阻力特性研究[J]. 趙萌,毛軍,郗艷紅.  機械工程學報. 2015(22)
[2]Large-eddy simulation of the flow past both finite and infinite circular cylinders at Re=3900[J]. 張蕙,楊建民,肖龍飛,呂海寧.  Journal of Hydrodynamics. 2015(02)
[3]基于非結(jié)構(gòu)背景網(wǎng)格的動網(wǎng)格方法研究[J]. 張加樂,陳紅全.  航空計算技術(shù). 2012(02)
[4]靜止方柱和圓柱繞流的二維數(shù)值分析[J]. 畢繼紅,余化軍,任洪鵬.  三峽大學學報(自然科學版). 2012(01)
[5]不同雷諾數(shù)下圓柱繞流仿真計算[J]. 詹昊,李萬平,方秦漢,李龍安.  武漢理工大學學報. 2008(12)
[6]基于LES方法圓柱繞流三維數(shù)值模擬[J]. 姚熊亮,方媛媛,戴紹仕,王領(lǐng).  水動力學研究與進展A輯. 2007(05)
[7]大渦模擬理論進展及其在工程中的應用[J]. 王漢青,王志勇,寇廣孝.  流體機械. 2004(07)
[8]中等雷諾數(shù)圓柱尾流旋渦脫落的控制[J]. 邵傳平,鄂學全,魏慶鼎,朱鳳榮.  力學學報. 2002(04)

博士論文
[1]大渦模擬濾波網(wǎng)格尺度研究及其應用[D]. 戴正元.上海交通大學 2007

碩士論文
[1]帶旋轉(zhuǎn)板圓柱形結(jié)構(gòu)的繞流特性數(shù)值研究[D]. 鞠安然.哈爾濱工程大學 2018
[2]抑制板對湍流中圓柱繞流抑制機理的數(shù)值研究[D]. 張弘揚.哈爾濱工程大學 2017
[3]有限長圓柱繞流的流動特性及其機理研究[D]. 喬永亮.哈爾濱工業(yè)大學 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 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 2007



本文編號：3195038