近壁圆柱绕流积沙线的形成机理研究

应用粒子图像测速(PIV)系统进行近壁圆柱绕流实验,探讨壁面积沙现象的机理.分别在两个动量损失厚度雷诺数1 092和796下,对两个不同直径的圆柱,取间隙比(圆柱与壁面间的距离与圆柱直径之比)0到1.5中的12个值进行实验,总结了不同情况下积沙线的形成特点.研究结果表明:积沙线形成的可能原因是由于圆柱对平板壁面边界层的影响,使得边界层流动在圆柱下游一到两倍圆柱直径的平板壁面处发生壁面分离,在分离区域流体速度减小,并且产生附着涡,流体运动挟带到此处的粒子速度减小,发生沉积而形成.     

Direct numerical simulation on the particle flow in the wake of circular cylinder

The spectral-element approach is used to simulate the gas-solid two-phase flow behind of the circular cylinder. Based on the method of a high accuracy calculation for the gas phase flow, the particle dynamic field is put into practice. Two key influence factors, Stokes number and Reynolds number, are investigated. The simulation results give a clear pattern of the physical characteristics of gas-particle flow. Due to the construction properties of the eddies in the wake of the circular cylinder, the suction is the main dispersion mechanism of particles near to the centric axis. This effect can make the small particle sucted to the near wake of the circular cylinder. The particle dispersion is also induced by the pressure gradient which is caused by the strong velocity gradient of gas phase.     

窄条控制件对流向振荡柱体尾流旋涡脱落的抑制

在流向振荡圆柱体尾流中施加一个静止的窄条控制件,对尾流涡脱落及作用于柱体的平均和脉动力进行抑制.未加控制情况下,存在非锁频和3种锁频状态的涡脱落模式.流动显示及尾流脉动速度谱和脉动升力谱的分析表明,当控制件位于有效控制区域时,可抑制非锁频和2种锁频状态下的旋涡脱落,并且使脉动升力和平均阻力有明显减少.本文研究了柱体的振频、雷诺数,窄条宽度及阻塞度对有效区的影响并探讨了控制机理.     

Experimental study on flow pattern of cylinder turbulent wake in a shallow-water layer

A series of experiments were conducted to investigate the wakes of circular cylinder in shallow-water flow. Using DP1V (digital particle imaging velocimetry) system, the detailed measurement of turbulent wake around a cylinder with diameter of 1 . 27 m was made under the condition of many different characteristic coefficients 5 . The streamline figures of wake flow have been given. The measured results show that the characteristic coefficient 5 is the unique factor deciding the flow pattern around a cylinder in shallow water layer and the value 0.45 is the critical value of transition from vortex street to steady recirculating flow. At the same time, the mechanism of cylinder turbulent wakes in a shallow water layer is given.     

数值模拟圆柱统流旋涡生成、分离及演化

本文应用有限差分方法求解涡量－流函数形式的Ｎ－Ｓ方程，数值模拟了圆柱瞬时起动后流动分离，旋涡生成、脱落以及随时间推进涡街产生和长期非定常演化过程，包括对称涡的生成，二次涡形成的α结构及卡门涡街等．本文方法效率较高，数值模拟结果与实验结果吻合较好，可推广到模拟其他复杂钝体在中等或高雷诺数下的非定常绕流问题．     

圆盘近尾迹中低频不稳定特性研究

利用大涡模拟(LES)和热线实验测量手段,采用小波分析及FFT方法对Re=104的圆盘近尾迹中的特征频率进行了捕捉,着重对低频不稳定性进行了研究.LES和热线实验结果表明,圆盘近尾迹中除对应于剪切层Kelvin-Helmholtz不稳定的高频率StKH≈1.6和大尺度涡旋脱落频率StV≈0.14外,还存在两个低频率:StL1≈0.02和StL2≈0.03.进一步对导致低频不稳定性的物理机制进行了分析,发现低频率StL1≈0.02与涡旋脱落周向旋转有关,而低频率StL2≈0.03与回流区的伸缩运动有关.本研究合理解释了目前钝体绕流低频数值分散的原因.     

水下圆柱体带空泡轴向绕流研究

研究了水下圆柱体带空泡轴向绕流问题.用数值方法研究了不同长细比圆柱体水下运动产生空泡的形态及圆柱体水下带空泡绕流的阻力特性,圆柱体绕流空泡形态以及阻力系数数值计算结果与试验对比,符合较好.圆柱体长细比对空泡形态影响可以忽略.随长细比增大:空化数较高时,阻力系数先减小后增大;空化数较小时,其阻力系数基本保持不变.小空化数条件下,给定长细比,空化数越小,阻力系数越小.     

二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟

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.     

脉动流条件下圆柱绕流特性研究

该文数值研究了脉动流条件下圆柱绕流场特性,对涡量分布、升阻力系数、升力系数频谱特性等进行了分析。结果表明,脉动流作用会使圆柱尾涡剪切层变薄,提高脉动频率使尾涡长度变短、脱离加快,提高无量纲脉动振幅使主导涡的脱落速度降低,使旋涡生成区域更靠近圆柱表面;脉动频率与无量纲脉动振幅的增大使升、阻力系数的振幅均增大,而且与升力系数相比,阻力系数的振幅更大,变化更快;升力系数频谱图存在多个主频,包括旋涡脱落频率和相位叠加频率,其中旋涡脱落频率的振幅随着脉动频率的增加而减小,随着无量纲脉动振幅的增加而增加。     

等离子体激励参数对圆柱绕流影响的风洞实验研究

为研究等离子体的激励参数对圆柱绕流的影响,在低速风洞中进行介质阻挡放电(DBD)等离子体激励控制圆柱绕流的实验。风速V_∞=8 m/s,基于圆柱直径的雷诺数Re=8.6×10~4。圆柱绕流的烟线流动显示、圆柱壁面和尾迹压力的测量和分析表明脉冲激励参数的变化对圆柱绕流的影响在尾流宽度、壁面静压分布、圆柱阻力、尾迹压力分布三方面均有所体现。激励频率在400 Hz左右时流动控制效果最佳。占空比在40%~80%范围内,流动控制效果较好。激励电压在9.2~13.2 kV区间内存在放电启动的临界电压值,在22~25.5 k V范围内激励效果最优。边界层分离点附近区域,激励对壁面静压和流速的影响较为显著。     

应用粒子图像速度场仪测试圆柱绕流涡的结构

利用粒子图像速度场仪（PIV）的2帧互相关技术,在风洞中测量雷诺数为500的圆柱绕流.通过展示一个涡的产生、发展及脱落的连续瞬时速度矢量场、流线图、速度量级等势线图和涡量等势线图,分析圆柱后涡系发展及涡量输运规律.     

Effect of Mach number on transonic flow past a circular cylinder

The effect of Mach number on transonic flow past a circular cylinder is investigated numerically for the free-stream Mach number M∞ from 0.85 to 0.98 and the Reynolds number 2×10^5 based on the diameter of the cylinder. The work provides an insight into several salient features, including unsteady and quasi-steady flow state, formation of local supersonic zone, and evolution of turbulent shear layer. Results show that there exist two flow states dependent of a critical Mach number Mcr around 0.9. One is an unsteady flow state characterized by moving shock waves interacting with the turbulent flow in the near region of the cylinder for M∞〈Mcr, and the other is a quasi-steady flow state with nearly stationary shock waves formed in the near wake for M∞〉Mcrs, suppressing vortex shedding from the cylin- der. Some flow behaviors in the unsteady and quasi-steady flow states are revealed. From time evolu- tion of flow structures, local supersonic zones are identified in the wake and generated by two typical processes, i.e. reverse flow behind the cylinder and shed vortices in the near wake. The convective Mach number Mc of turbulent shear layers shed from the cylinder is identified nearly as Mc〈I in the unsteady flow regime and Mc〉I in the quasi-steady flow regime, resulting in different evolutions of the shear layers.     

尾部喷射对流向振荡柱体尾流旋涡脱落的抑制

强迫振荡柱体绕流旋涡脱落的抑制具有重要工程意义,但比静止柱体尾流的抑制更加困难,乍前这方面的研究很少．本文采用尾部喷射方法对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落进行抑制实验,雷诺娄Re=V∞D／慌围为2700-9800,柱体振荡幅值A／D=O．2,柱体振荡频率范围feD／V∞=0-0．36,其中亿为来沥速度,D为柱体直径．沿圆柱母线开一个与圆柱等长、宽度为h／D=O．015的缝隙,用于喷射空气．喷射麦度比W％范围为0-18,相应的流量比hVb／DV∞范围为0-0．27．风洞中的烟线显示和热线测量结果表明当喷射速度比Vb／比（或hVblDV∞）介于其下临界值和上临界值之间时,振荡柱体两侧的尾流旋涡脱落被辛效抑制．发现在非锁频和锁频两种状态下均能抑制旋涡脱落．在振频fe／V∞和喷射速度比W亿（曼hVb／DV∞）组成的平面坐标系内找出了有效抑制旋涡脱落的区域,研究了有效区域随雷诺数的变化和喷身角对抑制效果的影响,并探讨了旋涡脱落抑制机理．     

含趋旋微生物纳米流体在拉伸缸表面上的边界层流动分析

考虑趋旋微生物的影响,研究纳米流体在拉伸缸表面上的稳态二维边界层流动问题。建立控制方程,采用打靶法和Runge-Kutta法进行数值求解,对不同物理参数下的速度场、温度场、浓度场和运动微生物密度场的变化趋势进行图形化分析。结果表明：在靠近缸体表面处,速度、温度、浓度和微生物密度均随曲率参数的增大而减小,而在远离缸体表面时变化情况却相反;微生物密度随Brown运动参数、Peclet数、Schmidt 数和生物对流常数的增大而减小,而随热泳参数的增大而增大。     

数值分析串列双圆柱绕流

为研究不可压缩流动中二维的串列双圆柱中不同间距对圆柱间相互作用和尾流特征的影响,选取间距比L/D(L为两圆柱中心间的距离,D为圆柱直径)为2、3、4共3个间距进行了数值分析.计算均在Re=200的非定常条件下进行.计算了圆柱的升阻力系数、尾涡脱落频率等描述绕流问题的主要参量.并与参考文献的数值结果比较,验证了用FLUENT分析的有效性.     

剪切层区域旋涡空化的发生机理

为研究高速水流中旋涡空化的形成机理 ,用高速摄影和录像的方法观察了发生在中空射流阀内部流场的空化现象 ,采用数值模拟的方法计算了阀内部非定常粘性流场。发现流场中空化的产生与流动分离以及所伴随的剪切层区域的非定常旋涡运动有关。旋涡空化水流中有两种空穴 ,即空化泡与空化旋涡。在剪切层非定常旋涡从流动分离点产生的过程中 ,旋涡形成区域的压力进一步降低 ,在空化条件下产生大量的空泡 ,部分空泡被旋涡所包容 ,从而形成空化旋涡     

圆柱绕流水动力学特性的数值模拟

应用计算流体动力学软件FLUENT对低雷诺数(Re)(Re≤300)下圆柱绕流问题进行数值模拟。采用分区结构化网格及层流模型求解不可压缩Navier-Stokes方程,在未施加任何扰动的条件下获得了圆柱绕流2种特殊的绕流场,系统分析了壁面压力系数、平均阻力系数、脉动阻力、升力系数及旋涡脱落频率等水动力学特性参数随Re数变化的规律,结果与实验研究吻合较好。     

运动平板附近圆柱绕流的数值模拟

用格子Boltzmann方法模拟运动平板附近的圆柱绕流问题, 给出一种精确确定临界间隙率的综合判定方法, 并分析了流场特性的内在本质以及各种物理现象之间的联系. 将圆柱置于运动平板上方, 平板运动速度与入口处均匀来流的速度保持一致, 模拟的雷诺数为1 000. 定义间隙率为G/D, 其中G为圆柱边界到运动平板的最小距离, D为圆柱的直径. 结果表明: 当间隙率取值范围不同时, 流场特性有较大差异; 与孤立圆柱相比, 本文中的升力和阻力有明显增加, 并且旋涡脱落也受到平板抑制.     

用速度-涡量方法解具有表面抽吸的圆柱绕流问题

用有限差分法计算了不可压缩粘性流体绕具有表面抽吸圆柱的流动，控制方程采用涡量－速度形式的N－S方程，并引入对数有坐标变换，以使近壁处的网格加密，其中涡量输运方程采用二步R－K方法求解，速度泊松方程采用LSOR方法求解，并对速度进行了无散修正，计算表明合理选择抽吸的位置与强度，可有效减少阻力和升力，得到较好的流动控制效果。     

低雷诺数下附属棱柱的圆柱绕流减阻

目前圆柱绕流减阻方案的探索一直是绕流研究的热点,有关棱柱作为扰流柱对圆柱减阻效率影响的研究却较少.基于不可压缩黏性流动Navier-Stokes控制方程,利用OpenFOAM对附属棱柱下圆柱绕流问题进行数值模拟.在圆柱上游或下游设置双扰流棱柱,研究了雷诺数为200时不同角度、间距比的棱柱对其升力、阻力系数和涡脱频率的影...