通過建立不同拔模角的漸變截面正圓柱型、斜體圓柱型桿件以及階梯圓柱桿件模型,包括單桿件與雙桿件,采用大渦模擬的數(shù)值方法,采取渦粘性亞格子Smagorinsky模型封閉方程,對高雷諾數(shù)下類圓柱型桿件的繞流流動進行研究。在增加橫向速度的條件下,分析了各類桿件模型氣動載荷的時域、頻域特性,得到了阻力系數(shù)、升力系數(shù)、周向壓力系數(shù)的分布規(guī)律;分析了尾流漩渦的變化規(guī)律,以及由于渦的交替脫落導致的桿件壁面壓力的變化。計算結(jié)果表明單桿件模型中當拔模角增大時阻力系數(shù)的幅值在時間周期上延后出現(xiàn)且幅值減小;雙桿件模型中則是拔模角為3°的工況,但斜體放置時拔模角為1°主頻最大,同時存在低頻的峰值。周期內(nèi)渦旋脫落產(chǎn)生一個周期升力變化的同時,產(chǎn)生1.5個周期的阻力變化。在氣動載荷中升力系數(shù)受復雜工況的影響最大,階梯圓柱型桿件的氣動力穩(wěn)定性較好。拔模角及橫向風速影響桿件尾流的分布規(guī)律,使得渦的脫落點沿傾角及橫向風速的下游方向偏移。 

【文章來源】：機械設(shè)計與制造. 2019,(11)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

漸變截面圓柱型桿件Fig.1TheGeometricModelofVariableCross-SectionMember豎直方向7.8793°15.7586°20（c）（d）

方程：墜墜t（ρu軈i）+墜墜xjρ（u軈iu軈j）=-墜P軈墜xi+墜墜xjμ墜u軈i墜xj軈軈+墜（ρu軈iu軈j-ρu軈iu軈j）ρxj（2）式中：ρu軈iu軈j-ρuiuj—亞格子雷諾應(yīng)力τij，表示了小尺度渦對大尺度渦的影響[9-11]。2.2物理模型建立漸變截面正圓柱型桿件、漸變截面斜體圓柱型桿件及階梯圓柱型桿件的模型，每個模型包括單、雙桿件兩種工況，柱型桿件的拔模角以θ表示，如圖1、圖2所示。圖1中（a）、（b）分別為單、雙漸變截面正圓柱型桿件模型，（c）、（d）分別為單、雙斜體漸變截面圓柱型桿件模型，其中拔模角θ為1°、2°、3°。θθθ404020準10準10（a）（b）準1040準1040θθθ豎直方向7.8793°15.7586°20（c）（d）圖1漸變截面圓柱型桿件Fig.1TheGeometricModelofVariableCross-SectionMember每個模型工況中拔模角θ為1°、2°、3°，可將模型按工況編號為I、II、III到X、XI、XII，如表1所示。表1模型及工況Tab.1TheModelandConditions模型桿件數(shù)工況漸變截面正圓柱型桿件單桿件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ雙桿件Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ漸變截面斜體圓柱型桿件單桿件Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ雙桿件Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ階梯圓柱型桿件單桿件XIII雙桿件XIV階梯圓柱型桿件模型，如圖2所示。其中，（a）、（b）分別表示單、雙階梯圓柱型桿件，工況編號為XIII、XIV。準72020準10準7準720202020準10準10（

??た?漸變截面正圓柱型桿件單桿件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ雙桿件Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ漸變截面斜體圓柱型桿件單桿件Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ雙桿件Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ階梯圓柱型桿件單桿件XIII雙桿件XIV階梯圓柱型桿件模型，如圖2所示。其中，（a）、（b）分別表示單、雙階梯圓柱型桿件，工況編號為XIII、XIV。準72020準10準7準720202020準10準10（a）（b）圖2階梯圓柱型桿件Fig.2TheGeometricModelofLadderMember所有模型采用相同的計算域進行模擬，如圖3所示。計算域長度約為60倍桿件直徑，其中桿件上游區(qū)域為10R，下游區(qū)域約50R。經(jīng)過驗證，該計算域長度可滿足消除邊壁對繞流場的壓縮效應(yīng)。對桿件以及桿件周圍流場區(qū)域進行加密，邊界層的首層網(wǎng)格在0.08mm以內(nèi)，計算域網(wǎng)格總數(shù)約在（300~500）萬之間。40θ準10準600100100YXZ圖3計算域網(wǎng)格的劃分Fig.3TheMeshofGeometricModel2.3邊界條件來流速度參考高速列車的速度，設(shè)定為350km/h，同時考慮到工程實際情況，橫風風速設(shè)定為15m/s，繞流的最大雷諾數(shù)約為6.27×104。邊界入口為速度入口，出口為壓力出口；速度入口的速度為沿x正方向，其速度為350km/h；壓力出口的相對大氣壓設(shè)定為0Pa；計算域中的橫風沿+y方向。2.4計算方法的驗證Ahmed鈍體是經(jīng)典的柱體與類柱體結(jié)構(gòu)的組合，國內(nèi)外學者對Ahmed鈍體進行了深入研究，可借鑒相關(guān)結(jié)論驗證模擬方第11期趙萌等：單、雙類圓柱型桿件繞流的大渦模擬研究127

【參考文獻】：
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