圓柱繞流的數(shù)值模擬(編輯修改稿)
2025-07-16 03:10 本頁面
【文章內容簡介】 0,渦街是層流,150Re300,旋渦由層流向湍流轉變。300Re3105,稱為亞臨界區(qū)。此時,柱體表面上的邊界層為層流,而柱體后面的渦街已完全轉變?yōu)橥牧?并按一定的頻率發(fā)放旋渦。3105Re3106,稱為過渡區(qū)。目前,對圓柱繞流的三維數(shù)值研究則不多,然而試驗表明,即使均勻來流垂直流過等截面的圓柱體,當Re足夠大時,也會呈現(xiàn)三維的流動狀態(tài)。圓柱繞流屬于非定常分離流動問題,在工業(yè)工程中的應用非常廣泛,數(shù)值模擬是研究這類問題的有力工具。但是,控制方程的高度非線性以及邊界條件的多樣性嚴重阻礙了這類問題的解決。到目前為止,有限差分、有限元、大渦模擬(LES)、直接數(shù)值模擬(DNS)等方法都先后被應用。但是,這些方法都需要增加網(wǎng)格生成的附加工作,尤其是在遇到復雜幾何區(qū)域時更需要巨大的網(wǎng)格數(shù)量,大大影響計算效率。本文利用NS方程,對固定圓柱繞流進行了三維數(shù)值模擬,利用計算流體力學軟件FLUENT,選取Re=20,40,100,模擬了圓柱周圍的流場,得到流場的渦量等值線和速度矢量圖。2 數(shù)學模型與數(shù)值方法對不可壓縮粘性流體,在直角坐標系下,其運動規(guī)律可用NS方程來描述,連續(xù)性方程和動量方程分別為：（1）連續(xù)性方程 （1）式中，u、v、w表示速度在x、y、z方向上的分量。（2）動量方程 （4）式中，xi（i=1,2,3）為坐標系坐標，xj(j=1,2,3)為坐標系坐標，ui(i=1,2,3)為沿i方向的速度分量，fi為沿i方向的質量力，P是靜壓，ρ為空氣密度。3 模型建立與網(wǎng)格劃分,計算區(qū)域如圖1所示。網(wǎng)格劃分采用四邊形網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)為16000。Gambit中網(wǎng)格劃分結果如圖2所示。圖1 計算區(qū)域圖2 網(wǎng)格
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