二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟.pdf

Vol9　No5　M ar. 2009 第 9卷 　第 5期 　2009年 3月 科 　学 　技 　术 　与 　工 　程 　 (2009) 5118707　 Science Technology and Engineering 　2009　Sci TechEngng 二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟 张群峰 　何鸿涛 　吕志咏1 ( 1 ) 北京交通大学土建学院 ,北京 100024;北京航空航天大学流体力学研究所 ,北京 100083 摘 　要 　采用有限体积法求解二维 N S方程 ,通过改变时间、空间计算参数 ,对雷诺数 100 的二维圆柱非定常流场进行了数值 模拟 ,将所得结果与实验数据以及已有的计算结果进行了对比。并对在尾部多个位置加入不同长度阻隔板控制流动的圆柱 流场进行了考察 。结果发现 :在合适的位置放置阻隔板 ,可以有效抑制尾迹中涡脱落的形成 。 关键词 　CFL 数 　　斯特劳哈数 　　圆柱绕流 　　涡脱落控制 中图法分类号 　V2 11. 3; 　　　　文献标志码 　A 　　研究圆柱绕流流场 , 并且使用合适 的方法控 验值相比较 ,分析求解的空间步长和时间步长对于 制流动中的不利因素 ,减小绕流中的损失 ,具有很 该状态下流动求解的影响 。 高的工程应用价值 。众多研究人员通过理论分 析 、实验研究以及数值模拟 ,对圆柱绕流及其流动 1　圆柱绕流研究 控制做 了大量 的深入研究 , 取得 了不少 的成果 。 然而 , 目前对于圆柱绕流所包含 的物理本质理解 众所周知 ,影响圆柱绕流的关键因素是雷诺数 仍然是不完整的 。本文研究了低雷诺数下的圆柱 R e。随着 R e数的增加, 圆柱绕流将呈现不同的流动 绕流以及通过阻隔板控制流动的方法 , 结果发现 状态 : 在合适的位置放置阻隔板 , 可 以有效地抑制尾部 当 R e 1时, 流动缓慢, 可以称其为蠕动流, 此 涡脱落的形成 。 时的圆柱绕流与很低雷诺数下的球体绕流相似, 流 随着计算机和数值方法的不断发展 ,通过计算 动图画上游和下游对称; R e 5 时, 流动依然附体, ( 机数值模拟圆柱绕流现象 ,得到准确的数值解已经 没有出现分离; 而当 R e 数提高到略大于 5 有些文 变为现实 。然而 , 由于数值方法所引入的截断误差 献中认为是 4) 时, 流动发生分离, 在圆柱体尾部形 和计算机的字长有限引入的舍入误差 ,使得计算得 成一对稳定的滞留涡, 上下对称, 随着雷诺数的继 到的数值解与精确解存在一定的误差 。为了能够 续增大, 这对滞 留涡发展得越来越大; 对于 40 ≤ 得到最好的计算结果 ,在数值计算中应该尽量减小 R e 150, 在圆柱尾迹中开始出现旋涡脱落, 逐步形 这种误差 。因此 ,本文研究的另一个 目的就是考察 成稳定的层流涡街, 斯特劳哈数 S r的规律近似等于 ( ) 在雷诺数 R e = 100 的二维圆柱绕流数值模拟中 ,空 S r = 0. 2 12 1 - 2 1. 2 /