本文關(guān)鍵詞：剛性圓柱繞流以及穩(wěn)定性的研究　出處：《江蘇大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：長(zhǎng)久以來圓柱繞流問題一直是流體力學(xué)中最經(jīng)典的問題。當(dāng)流體繞過圓柱時(shí),由于過流斷面收縮,其流速增加,壓強(qiáng)減少,由于粘性力的作用,就會(huì)在圓柱附近發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象,形成卡門渦街。而在計(jì)算流體力學(xué)(CFD)中,圓柱繞流的數(shù)值模擬也一直是驗(yàn)證流體計(jì)算軟件可靠性的經(jīng)典案例。在這篇研究論文中,首先主要基于OpenFOAM開源計(jì)算軟件,通過對(duì)網(wǎng)格參數(shù)化的控制,快速的生成了較好的網(wǎng)格,探討了層流條件下不同雷諾數(shù)圓柱繞流的阻力系數(shù)Cd、升力系數(shù)Cl、斯特羅哈數(shù)St,并于前人的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。之后,模擬了亞臨界區(qū)圓柱繞流,使用SST k-ω湍流模型將Cd、Cl與相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。建立了阻力系數(shù)平均值Cd,rms、升力系數(shù)最大值的平均值Clmax,rms隨著Re變化的關(guān)系。其次我們利用大渦模擬的方法研究了槽道流與臨界區(qū)的圓柱繞流,根據(jù)擬序結(jié)構(gòu)對(duì)正弦擾動(dòng)的不穩(wěn)定性快速生成了湍流,并對(duì)于壁面附近的流向速度與壁面距離的關(guān)系進(jìn)行了探討;得到了對(duì)于低湍動(dòng)能下光滑圓柱繞流的臨界雷諾數(shù)。最后采用6DOF動(dòng)網(wǎng)格模型,對(duì)于亞臨界區(qū)單自由度圓柱繞流進(jìn)行數(shù)值模擬。并采用C++編程語言,利用Romberg數(shù)值積分、數(shù)值擬合等多種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了提取、處理、分析,發(fā)現(xiàn)靜止圓柱繞流Cl在一定周期內(nèi)符合正弦變化,具有周期性。因此在一定周期內(nèi),單自由度圓柱相對(duì)穩(wěn)定,但是由于初始流場(chǎng)的狀態(tài)、圓柱的質(zhì)量不同,會(huì)很快影響圓柱的穩(wěn)定性特別是其偏離的幅度,而流固的耦合作用也會(huì)影響升力變化的頻率,最終使得圓柱發(fā)生偏離;在一定周期以后由于對(duì)于靜止圓柱Cl并不呈周期變化,圓柱最終一定會(huì)發(fā)生偏移。根據(jù)圓球與圓柱繞流的相似性,進(jìn)行了類比,對(duì)比了球類運(yùn)動(dòng)中的參數(shù),最終研究卡門渦街對(duì)球類運(yùn)動(dòng)的影響。
[Abstract]:The problem of flow around a cylinder has long been the most classical problem in fluid mechanics. When the fluid passes through the cylinder, the flow velocity increases and the pressure decreases due to the contraction of the cross section. Due to the effect of viscous force, the boundary layer separation near the column will happen, and the Carmen vortex street will form. In computational fluid dynamics (CFD), the numerical simulation of the flow around a cylinder has always been a classic case to verify the reliability of the fluid computing software. In this paper, firstly, mainly based on the OpenFOAM open source software, through the control of mesh parameterization, quickly generate better grid, discusses the flow laminar flow under different Reynolds number cylinder drag coefficient Cd, lift coefficient Cl, Castro ha St, and the results of experiment and calculation on the previous comparison. After that, the flow around the sub critical region is simulated, and the SST k- Omega turbulence model is used to verify the Cd, Cl and related data. The mean value of the drag coefficient Cd, RMS, the mean value of the maximum lift coefficient Clmax, and the relationship between the RMS and the Re change are established. Secondly, we use the method of flow around a large eddy simulation of channel flow and the critical region according to the coherent structure of cylindrical, sinusoidal disturbance instability quickly generate turbulence, and the relationship between flow velocity and wall distance near the wall surface are discussed; obtained for Reynolds flow under low turbulence kinetic energy cylinder number. Finally, the 6DOF dynamic mesh model is used to simulate the flow around a single degree of freedom cylinder in the subcritical region. By using C++ programming language, Romberg data integration, numerical fitting and other methods were used to extract, process and analyze the data. It was found that the Cl of stationary cylinder flows in a certain period, which is sinusoidal and cyclical. Therefore, in a certain period, a single degree of freedom cylindrical is relatively stable, but because of the quality of the state, cylindrical initial flow field is different, will soon affect the stability of cylindrical especially the deviation of the amplitude, and the flow structure interaction will also affect the change of the lift frequency, eventually making cylindrical deviation; in a certain period after the for the stationary cylinder Cl does not change periodically, the cylinder will eventually shift. According to the similarity between the circle and the circular cylinder, the analogy is carried out, the parameters in the ball movement are compared, and the influence of Carmen vortex street on the ball movement is finally studied.
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O357.5

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本文編號(hào)：1345646