应用piv系统研究横流中近壁水平圆柱绕流旋涡特性-水科学进展.pdf

第 16 卷 第 5 期 水 科 学 进 展 Vol16 ,No5 2005 年 9 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 Sep . , 2005 　 应用 PIV 系统研究横流中近壁水平圆柱绕流旋涡特性 1 1 1 2 3 吴 　剑 , 齐鄂荣 , 李 　炜 , 黄明海 , 李国亚 ( 1 武汉大学水利水电学院 , 湖北 武汉 　430072 ; 2 长江科学院 , 湖北 武汉 　430010 ; 3 中国三峡总公司溪洛渡工程建设部 , 云南 永善 　657300) ( ) 摘要 : 应用粒子图像测速 PIV 系统对横流中近壁水平圆柱绕流进行了试验研究 。介绍了试验原理及装置 , 讨论了 试验参数的选取和粒子的跟随性问题 。分析了上游来流的流动特性 , 显示了亚临界雷诺数下间隙比为 05 时圆柱后 尾流区旋涡产生 、发展和消亡的动态过程 , 比较了时均流场和瞬时流场旋涡结构 。对圆柱尾迹的旋涡脱落特性进行 了分析 , 得出在试验条件下斯特劳哈尔数保持为常数 02 的结论 。 关 　键 　词 : 粒子图像测速 ; 横流 ; 圆柱绕流 ; 旋涡 ; 斯特劳哈尔数 ; 雷诺数 ( ) 中图分类号 : TV135 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2005 环境工程中水体中的排污管道 , 管道输运工程中铺设于海底的运输管道 、光缆 , 隧道工程中采用沉管法放 入水体底部的管状隧道等都可概化为非往复流近壁水平圆柱绕流 。随着圆形构筑物广泛地应用于生产实践中 , 人们对由于流体横向流过而使圆柱体产生振动以及流场的流动特性更是特别关注 。 在对近壁面水平圆柱绕流的研究中 , 较早的有 Bearman 和 Zdravkovich[ 1] , 他们用风洞试验研究了在 Re 为 4 ( ) 48 ×10 , 缝隙度 G 圆柱底部和水槽底壁之间的距离 e 与管径D 的比值 为 0～35 时的流动 , 测量了圆柱周围 和平板上的压力分布 , 并得出了在 G ≥03 时斯特劳哈尔数保持为常数的结论 。Fredse 和 Hansen[2 ] 基于 Bear [3 ] ( ) 4 man 的研究成果 , 研究了 G 03 时圆管在恒定流中的升力 。Lei 等研究了雷诺数 Re 为 130 ×10 到 145 × 104 之间圆管与平板缝隙度 、边界层厚度及速度梯度等与升力 、阻力 、涡脱落现象的关系 。另外 , 陈兵[4 ] 、林 长圣[5 ] 也对近壁水平圆柱绕流进行了数值模拟和分析 。 以往的实验大部分是在风洞内进行的 , 对亚临界区内较低雷诺数情况下流场的研究较少 , 而且由于测试手 段的局限 , 主要集中在升力系数 、阻力系数等直接与压力有关的测量 , 对圆柱后旋涡结构和演化过程多依赖于 定性化的流动显示技术 ,