發(fā)布時(shí)間：2017-04-08 18:01

  本文關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的數(shù)值模擬與PIV實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：圓柱繞流一直是流體力學(xué)非常基礎(chǔ)和重要的研究領(lǐng)域。相對于流場中的靜止圓柱,旋轉(zhuǎn)圓柱會(huì)明顯改變流場的結(jié)構(gòu),使流動(dòng)形態(tài)變得復(fù)雜。靜止圓柱下游存在著周期性渦旋脫落,且圓柱會(huì)受到周期波動(dòng)的升力作用,而旋轉(zhuǎn)圓柱渦旋脫落形態(tài)、頻率和圓柱的升力均發(fā)生明顯變化,旋轉(zhuǎn)圓柱流場與靜止圓柱流場特征明顯不同。投棄式海洋環(huán)境剖面測量探頭就是一種旋轉(zhuǎn)圓柱繞流問題,其工作時(shí)在洋流中以一定速度旋轉(zhuǎn)。本文對旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的流場進(jìn)行數(shù)值模擬與PIV實(shí)驗(yàn)研究,探討圓柱旋轉(zhuǎn)速度對流場的影響。首先使用STAR-CCM+計(jì)算流體力學(xué)軟件對旋轉(zhuǎn)圓柱繞流進(jìn)行模擬。模擬過程中,采用多面體網(wǎng)格對建立的圓柱及流場的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分;湍流模型采用比雷諾時(shí)均方程(RANS)更加精確的分離渦模型(DES)。通過改變圓柱旋轉(zhuǎn)角速度,獲得雷諾數(shù)Re=1000時(shí)旋轉(zhuǎn)圓柱擾流的流場信息,提取圓柱的升力曲線、渦量圖以及渦旋脫落頻率,進(jìn)而獲得旋轉(zhuǎn)速度比對圓柱所受升力、渦旋脫落頻率及渦旋運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律。旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的實(shí)驗(yàn)研究在中低速循環(huán)水槽內(nèi)進(jìn)行,使用粒子成像速度儀(PIV)采樣流場信息,獲得雷諾數(shù)Re=1000不同圓柱旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)流場的信息。使用本征正交分解(POD)和動(dòng)力模態(tài)分解(DMD)對獲得的流場進(jìn)行處理。通過本征正交分解,分析了流場空間尺度和能量分布隨旋轉(zhuǎn)速度比改變的規(guī)律;通過動(dòng)力模態(tài)分析可以獲得流場的動(dòng)力學(xué)信息,得到流場的頻率隨旋轉(zhuǎn)速度比改變的規(guī)律。綜合數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果,可得出如下結(jié)論:(1)在較低的旋轉(zhuǎn)速度比時(shí)????0.20?圓柱的旋轉(zhuǎn)使渦旋頻率升高。(2)當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度比超過2.0時(shí)渦旋的脫落受到抑制。(3)當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度比超過2.0流場尺度變小,能量重新分布。
【關(guān)鍵詞】：旋轉(zhuǎn)速度比 渦旋脫落 頻率 數(shù)值模擬 PIV 本征正交模態(tài)分解 動(dòng)力模態(tài)分解
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ021.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 符號說明9-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 旋轉(zhuǎn)圓柱繞流研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本文的研究方法和技術(shù)路線13-15
• 1.4 本文的研究內(nèi)容15-17
• 第二章 旋轉(zhuǎn)圓柱繞流數(shù)值模擬研究17-35
• 2.1 STAR-CCM+軟件簡介17
• 2.2 計(jì)算方法17-22
• 2.2.1 有限體積離散17-19
• 2.2.2 隱式分離求解19-21
• 2.2.3 湍流模型21-22
• 2.3 計(jì)算模型建立22-26
• 2.3.1 網(wǎng)格模型的導(dǎo)入22-25
• 2.3.2 計(jì)算邊界條件25
• 2.3.3 數(shù)值計(jì)算過程25-26
• 2.4 計(jì)算結(jié)果分析26-33
• 2.4.1 升力系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線26-27
• 2.4.2 渦旋脫落頻率27-30
• 2.4.3 渦旋運(yùn)動(dòng)規(guī)律30-33
• 2.5 本章小節(jié)33-35
• 第三章 旋轉(zhuǎn)圓柱繞流的實(shí)驗(yàn)研究35-55
• 3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置35-36
• 3.1.1 中型低速循環(huán)水槽35
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/span>35-36
• 3.2 PIV技術(shù)36-37
• 3.2.1 二維PIV原理36
• 3.2.2 PIV系統(tǒng)組成36-37
• 3.3 實(shí)驗(yàn)測量方法37-39
• 3.3.1 PIV實(shí)驗(yàn)流程38-39
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)條件39
• 3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析39-52
• 3.4.1 流場的頻率特性39-43
• 3.4.2 POD方法及結(jié)果43-47
• 3.4.3 DMD方法及結(jié)果47-52
• 3.5 本章小結(jié)52-55
• 第四章 結(jié)論與展望55-57
• 4.1 結(jié)論55
• 4.2 展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 攻讀學(xué)位期間所取得的相關(guān)科研成果61-63
• 致謝63

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