圓柱繞流的數(shù)值模擬(編輯修改稿)
2025-07-16 03:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0,渦街是層流,150Re300,旋渦由層流向湍流轉(zhuǎn)變。300Re3105,稱為亞臨界區(qū)。此時(shí),柱體表面上的邊界層為層流,而柱體后面的渦街已完全轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧?并按一定的頻率發(fā)放旋渦。3105Re3106,稱為過(guò)渡區(qū)。目前,對(duì)圓柱繞流的三維數(shù)值研究則不多,然而試驗(yàn)表明,即使均勻來(lái)流垂直流過(guò)等截面的圓柱體,當(dāng)Re足夠大時(shí),也會(huì)呈現(xiàn)三維的流動(dòng)狀態(tài)。圓柱繞流屬于非定常分離流動(dòng)問(wèn)題,在工業(yè)工程中的應(yīng)用非常廣泛,數(shù)值模擬是研究這類問(wèn)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(yán)重阻礙了這類問(wèn)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(yīng)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(fù)雜幾何區(qū)域時(shí)更需要巨大的網(wǎng)格數(shù)量,大大影響計(jì)算效率。本文利用NS方程,對(duì)固定圓柱繞流進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,利用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT,選取Re=20,40,100,模擬了圓柱周圍的流場(chǎng),得到流場(chǎng)的渦量等值線和速度矢量圖。2 數(shù)學(xué)模型與數(shù)值方法對(duì)不可壓縮粘性流體,在直角坐標(biāo)系下,其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用NS方程來(lái)描述,連續(xù)性方程和動(dòng)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(dòng)量方程 （4）式中，xi（i=1,2,3）為坐標(biāo)系坐標(biāo)，xj(j=1,2,3)為坐標(biāo)系坐標(biāo)，ui(i=1,2,3)為沿i方向的速度分量，fi為沿i方向的質(zhì)量力，P是靜壓，ρ為空氣密度。3 模型建立與網(wǎng)格劃分,計(jì)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(jié)果如圖2所示。圖1 計(jì)算區(qū)域圖2 網(wǎng)格
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