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基于H-O型网格的圆柱绕流的数值模拟 摘要：本文用GAMBIT针对相同的模型划分了不同结构的网格，用FLUENT进行了圆柱绕流的数值模拟，并将模拟结果跟文献的实验数值做了对比，数值计算的结果与相关实验结果具有合理的一致性。同时也证明了基于H-O型网格的圆柱绕流的模拟精度要高于普通的四边形网格。 关键词：H-O型网格 圆柱绕流 数值模拟 Numerical Simulation of Fluid Flow around Circular-cylinder Based on the H-O Grid Abstract: This paper supplies different grids for the same model based on the GAMBIT. Numerical simulation of the fluid flow around circular-cylinder is executed by the software of FLUENT. Compared the result with the tested data, the result of the numerical simulation is coincidental with that of experimental. The numerical simulation results also approve that the result based on the H-O grid is more exacted than the traditionally quadrangular grid. Key words: H-O Grid；Fluid Flow around Circular-cylinder；Numerical Simulation 1 引言 静止地圆柱绕流早期的研究由于受到理论和实验条件的限制,圆柱绕流主要侧重于对圆柱体受力的实验测定,随着计算流体力学和现代实验技术的迅速发展，数值模拟及实验测定方法被广泛地应用于这些方面。然而在现实生活种钝物体绕流现象更加广泛，诸如高层建筑、吊桥和斜张桥、工业热交换器中的管阵等，在钝物体绕流中，圆柱绕流问题是流体力学中既经典又现代的一种流态，二维单向圆柱绕流是研究绕流问题经典的算例，所以研究二维单向圆柱绕流问题既具有重要的应用价值又有重要的理论意义。 本文将针对将均匀来流中静止地圆柱体作为考察对象，在一定的雷诺数条件下展开数值模拟，使用不同的网格处理方法以及计算手段进行数值模拟，并且利用数值模拟过程的结果和其他可靠的求解结果进行比较参照，给出相关的参数变化曲线以及绕流产生的涡量等值线等，提出了用于计算绕流问题的合理的网格技术，使的数值模拟的结果更加符合可靠的试验数值。 网格的精度在模拟中会很大程度上影响计算的结果，FLUENT提供了灵活的网格特性，用户可方便地使用结构网格和非结构网格对各种复杂区域进行网格划分，FLUENT还允许用户根据求解规模、精度及效率等因素，对网格进行整体或局部的细化和粗化。对于具有较大梯度的流动区域，FLUENT提供的网格自适应特性可让用户在很高的精度下得到流场的解。本文中应用FLUENT的前处理GAMBIT软件对相同的模型做了不同的网格[1][2][3]，将计算结果作对比，从而进一步分析网格的划分不同对计算结果精度的影响。 2 基本参数 当粘性流体流经圆柱或者钝体等非流线型曲面时，正压力梯度和粘性对速度的迟滞作用形成边界层的分离，边界层的分离导致旋涡的形成，在物体后部形成尾流区。光滑固定不动的圆柱体在低马赫数下的涡流尾流只是雷诺数的函数[4]。在众多的描述流体的无因次参数当中，雷诺数Re是描述粘性流体力学最重要也是最基本的参数，其他无量纲物理量必然依赖于Re数。它反映了惯性力与粘性力的比值： 对于圆柱体： （1） 其中代表来流速度，单位是m/s；代表圆柱体直径，分别描述流体的特征速度和结构物的特征长度，单位是m；代表流体的动力粘性系数，，单位是m2/s，其中u为流体的运动粘度系数，为流体的密度。 当Re数较小时，粘性力占主导地位，此时流动稳定；随着Re数增大，惯性力作用增大，流动开始变得不稳定，扰动发展容易增强，形成湍流。均匀来流绕固定圆柱体流动，其尾流形式主要取决于Re数。当Re数较低时(Re300)，尾流表现为层流；随着Re数的增加，尾流逐渐向湍流过渡。同时，在Re数较低的层流阶段，来流从完全不发生分离，到对称的、稳定的两片漩涡，再到两侧交替出现的泻涡。当Re数上升到临界区域时，尾流表现为凌乱的图形(对应着阻力系数的突然下降，即所谓的