基于Fluent的球柱式结构绕流数值模拟.pdfVIP

学兔兔 第l期(总第182期) 机 械 工程 与 自动 化 No．1 2014年02月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTf)MATI()N Feb． 文章编号：1672—6413(2014)01—0001—03 基于Fluent的球柱式结构绕流数值模拟米 刘建华，伍保华，王 勇 (合肥工业大学 机械-9汽车工程学院，安徽 合肥 230009) 摘要：应用计算流体力学软件Fluent．采用分块网格划分，选择层流模型和不可压缩的N—S方程，对低雷 诺数下不同流速的球柱模型黏性绕流场进行仿真计算。结果表明：圆柱杆与来流方向的绝对倾角越大，对圆 球绕流场的影响越大．圆球表面的受力越不对称。建立了模型圆球表面所受作用力与来流速度、流向间的关 系曲线，说明来流速度越大，圆球表面所受阻力越大；带有较细的圆柱杆的模型使其圆球表面受力发生了微 小变化；圆柱杆的摆放位置对圆球表面受力影响不大。圆柱杆在XZ平面内与x轴正向夹角0越小，圆球表 面受到的阻力就越小，更接近单个圆球绕流场。 关键词：Fluent；球柱模型；圆球表面受力；数值仿真 中图分类号：TP391．7 文献标识码：A O 引言 口边界距圆球中心距离为 10D，出口边界距圆球中心 圆柱、圆球的黏性绕流是流体力学中的经典问题， 距离为30D，四侧面距圆球中心距离各为10D。模拟 在工程实践中得到了广泛的应用。单圆柱、单圆球黏性 过程置水流速度指向X轴正方向，只改变XZ平面内 绕流在不同雷诺数下的数值模拟与实验结果得到了近 不同摆放位置时圆柱固定杆与x轴正向的夹角 。 乎一致的结论[卜引。对多圆柱、单圆球的黏性绕流的研 1．2 网格划分 究，按照圆柱的不同排列方式可分为3类：串列、并列和 采用分区划分生成计算域规则六面体网格，模型壁 级列。廖俊 ]、刘松 、邓见[6 等对串列双圆柱、垂直交 面及尾部绕流区域网格加密，网格划分结果如图l所示。 叉双圆柱绕流场进行了数值模拟；张爱社、张陵对等边 三角形布置的三个相同直径的二维圆柱绕流问题进行 了数值模拟_7 ，分析了不同间距对圆柱间的相互作用和 尾流特征，得到的升阻力系数、Strouhal数等特征参数与 实验结果相符；任安禄 ]、韩守磊[9 蚰等对串列双圆球、 图1 计算域网格划分 并列双圆球、串列三圆球进行了研究。这些研究大都集 1．3 控制方程 中在多圆柱、多圆球绕流场，对圆柱、圆球、盘形的组合 对于不可压缩黏性流体，在笛卡尔坐标系下，其数 结构研究较少。本文研究一种球柱模型，为建立模型表 值解受控于N—S方程，三维流动的连续性方程和动 面受力与流速、流向间的关系，用Fluent软件进行了仿 量方程为： 真研究，并分析了小圆柱结构对圆球绕流场的影响。 1 球柱模型与数值计算方法 宴+ + 一o，I 1 l 、 … 1．1 模型描述 f + + +