低雷诺数下方柱和圆柱涡致振动的数值分析

通过数值求解二维不可压粘性流体的N-S方程,研究了方柱和圆柱在低雷诺数（Re＝90～130）下的涡致振动．柱体振动对流体的影响用动网格法模拟,N-S方程采用时步分裂技术先求出中间速度场,再用多重网格法求解泊松方程得到压力场,最后根据压力场对中间速度场进行修正．柱体的振动方程用Newmark-β法求解．通过计算柱体和流体的相互作用,成功地捕捉到了“锁定”和“拍”现象．计算结果与实验结果相当吻合,并和已有的用任意拉格朗日-欧拉公式有限元法计算的结果进行了比较．     

模拟圆柱涡致振动问题的重叠网格法

使用重叠网格法求解二维不可压N—S方程,数值模拟了雷诺数在90—150之间的圆柱涡致振动。N—S方程对流项采用三阶迎风格式,扩散项使用四阶中心紧致格式离散,圆柱计算网格随圆柱一起运动,采用运动的非惯性参照系下的控制方程,振动控制方程采用四阶龙枷库塔法求解。计算成功地捕捉到了“拍”现象和“锁定”现象,并给出在不同折合来流速度下圆柱振幅的实验值和数值模拟结果的对比,计算结果与实验值基本吻合。     

方柱非定常绕流与涡激振动的数值模拟

为了研究二维刚体方柱的涡激振动和非定常绕流,利用计算流体力学软件Fluent6.0,引入雷诺应力模型求解不可压粘性流体Navier-Stokes方程,将Newmark-β方法的代码嵌入用户自定义函数(UDF)同软件连接来求解方柱的动力响应.用分块的方法建立初始网格,方柱和流场的耦合作用通过Fluent的动网格技术来实现,进行雷诺数从7000到42000范围内的模拟.得到静止方柱的升阻力系数和涡脱频率,其中雷诺数为22000结果与试验一致;同时得到方柱振动的位移和速度时程,以及"频率锁定"、"拍"和锁定段的位移"失谐"现象.     

并排方柱绕流的大涡数值模拟及显示

采用大涡模拟的方法对雷诺数为7.5×105并排双方柱绕流流场进行了数值模拟,并对所采用的模拟方法进行了实验验证.利用有限体积法和SIMPLE算法计算程式,对双方柱三维物理模型求解不可压缩的N-S方程.计算得到了方柱绕流的速度场和涡量场以及不同时刻的速度分量分布情况.对方柱后速度场、涡旋形成、脱落以及波动性等问题进行了分析,结果符合物理学规律.     

高Re数下N-S方程有限元数值解法研究

采用原参数形式N－S方程直接解法,研究高Re数下N－S方程数值解法,波阵技术可节省内存,提高计算效率;混合插值函数可避免求解过程中的压力振荡;时间推进解法和简化迎风有限技术可防止解的非物理振荡;低雷诺数的收敛解作为高雷诺数的初场,定常解作为非定常解初场,可提高解稳定性,加快收敛速度,最后以驱动方腔为计算实例,对解法进行了验证,得到的结果与经典结果吻合较好,为高Re数下N－S方程的数值解提供了参考。     

典型2维柱体涡激振动的数值模拟研究

利用作者编制的基于松耦合方法的求解气动弹性问题的程序,对圆柱和方柱等典型2维柱体的涡激振动进行了数值模拟.计算结果表明:2维柱体的涡激振动存在2个锁定状态,即低折减风速条件下的流向锁定和高折减风速条件下的横向锁定;随着折减风速的增大,2维柱体的旋涡脱落模式从异向2S(2 single)变化到同向2S;伴随着旋涡脱落模式的转变,气动力和位移之间的相位差出现0→π的剧烈变化,即相位转换现象;通过对相位转换现象进行分析,给出了涡激振动是限幅振动的机理解释.     

高雷诺数条件下二维方柱涡激振动的数值模拟

利用作者编制的基于松耦合方法的求解气动弹性问题的数值模拟程序,计算了二维方柱在高雷诺数条件下,的横向涡激振动.结果表明:随着折减风速的增加,在特定折减风速条件下,方柱的涡激振动出现锁定现象;由于方柱的自然振动频率和涡激振动系统的旋涡脱落频率的相互作用,涡激振动出现拍的现象;随着折减风速的增加,涡激振动系统的旋涡脱落模式从异相2S (2-single)变化到同相2S,即相位转换现象.该文还将计算结果和文献中的计算结果进行了比较和评价.     

绕方柱湍流的分离涡数值模拟

本文使用Fluent软件采用分离涡模拟方法求解三维Navier-Stokes方程对绕方柱湍流进行了数值模拟。计算雷诺数为22000。文中介绍了分离涡模拟的基本思想方法和所使用的模型,并给出计算结果。通过对所得的速度场、压力场、升力系数、阻力系数、Strouhal数的分析及与实验数据的比较,说明分离涡方法能较好的模拟钝体绕流现象。     

薄平板气动导数的数值计算

用基于一般曲线坐标系和交错网格的差分法求解原始变量二维不可压粘性流体的Ｎ－Ｓ方程,计算了宽高比为２２．５、两端圆滑的薄平板的气动导数．将薄平板当作刚性物体,首先分别计算物体做竖向强迫振动和扭转强迫振动的气动力,雷诺数取为１０５,物体运动和气流的耦合作用用动网格法考虑,Ｎ－Ｓ方程用二阶投影法和多重网格法求解．然后用最小二乘法确定Ｓｉｍｉｕ和Ｓｃａｎｌａｎ给出的气动力表达式中的８个气动导数．绝大部分气动导数的计算结果和Ｔｈｅｏｄｏｒｓｅｎ的理论值及实验值都十分吻合     

方柱绕流的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法对雷诺数为2.2×104的方柱绕流流场进行了数值模拟.使用非交错网格的有限差分法,分别对准三维物理模型和真实三维物理模型求解不可压N-S方程,将沿流向方向方柱水平中心线上的时均速度的计算结果与实验数据进行了比较,结果表明,三维模型的模拟结果优于准三维模型的模拟结果.比较升力系数和阻力系数发现,与二维模拟(RNG)方法相比, 三维模拟的结果更加接近实验测试数据.     

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。     

涡方法数值模拟高雷诺数圆柱绕流

圆柱绕流问题是二维物体粘性绕流的基本问题.二维N-S方程的各种差分求解格式往往难以用来实际计算高雷诺数流动问题。80年代中期以来,Stansby等发展了70年代初Chorin提出的随机点涡法,用网格涡方法计算点涡的对流速度,大大减小了计算量,笔者采用Stansby等发展了的随机点涡法,对雷诺数2000的圆柱绕流进行了数值模拟。     

薄平板气动导数的数值计算

用基于一般曲线坐标系和交错网格的差分法求解原始变量二维不可压粘性流体的Ｎ -Ｓ方程 ,计算了宽高比为 2 2 .5、两端圆滑的薄平板的气动导数 .将薄平板当作刚性物体 ,首先分别计算了物体做竖向强迫振动和扭转强迫振动的气动力 ,雷诺数取为10 5,物体运动和气流的耦合作用用动网格法考虑 ,Ｎ -Ｓ方程用二阶投影法和多重网格法求解 .然后用最小二乘法确定Ｓｉｍｉｕ和Ｓｃａｎｌａｎ给出的气动力表达式中的 8个气动导数 .绝大部分气动导数的计算结果和Ｔｈｅｏｄｏｒｓｅｎ的理论值和实验值都十分吻合薄平板气动导数的数值计算@曹丰产 @项…     

高阻尼高雷诺数下串列双圆柱尾流激振数值研究

流激振动水流动能转换装置多柱体阵列涉及复杂的尾流激振问题,其运行时柱体振动具有高阻尼、高雷诺数特征.基于雷诺平均Navier-Stokes方程,结合SST k-ω湍流模型和任意拉格朗日-欧拉流固耦合动网格控制方法建立串列双圆柱尾流激振数值模型,重点考察小间距比(两圆柱中心距离与圆柱外径之比)、高阻尼、高雷诺数条件下串列双圆柱的尾流激振特性.计算时间距比分别为1.5、2、3、4、20,振动圆柱阻尼比为0.12,雷诺数范围为17 000～98 000.结果表明,不同间距条件下下游圆柱振动表现为驰振、分离的涡激振动-驰振、涡激振动等不同的振动特性,振动特性的不同与上游圆柱后面的尾流形态及其剪切层重附于下游圆柱的方式密切相关,间距比为1.5、2时上游圆柱分离出来的剪切层交互式地重附于下游圆柱,使下游圆柱振动表现为驰振;间距比为3、4时下游圆柱振动表现为分离的涡激振动-驰振振动形式,此振动形式的出现与恒定式的剪切层重附方式或剪切层未发生卷曲有关.     

圆柱两自由度涡激振动的数值模拟研究

利用自编制的基于松耦合方法的求解气动弹性问题的数值模拟程序,计算了在低雷诺数Re=100条件下圆柱的两自由度涡激振动,涡激振动系统的折减阻尼比M*ε=0.020 8.结果表明,随着折减风速的增加,振动系统依次经历以流向涡激振动和以横向涡激振动为主导的两个锁定区域.结合笔者以前关于圆柱单自由度横向涡激振动的研究工作,考察了流向自由度对横向涡激振动的影响.结果表明,在低雷诺数和低折减阻尼条件下,流向自由度对横向自由度的涡激振动基本没有影响,从而验证了已有的基于实验研究的结论.     

串列钝体绕流的数值计算

用二阶投影法求解二维不可压粘性流体的N -S方程 ,计算了高雷诺数Re=1× 10 5下串列圆柱的非定常绕流 ,得到的阻力系数及斯特劳哈尔数与试验结果吻合良好 ,结合工程实际 ,用同一程序计算预测了钢管混凝土拱桥哑铃型拱肋的阻力系数和涡脱频率     

不同雷诺数对钝前缘三角翼气动特性影响的研究

通过求解三元非定常N—S方程的方法,对钝前缘三角翼的流动进行了数值模拟,研究了亚声速条件下不同雷诺数对钝前缘三角翼分离涡的影响。计算结果与试验结果进行了详细的比较,两者都证明雷诺数的增大对钝前缘分离涡的分离有明显的延迟作用。     

薄板板气动导数的数值计算

用基于一般曲线坐标系和交错网格的差分法求解原始变量二维不可压粘性流体的Ｎ－Ｓ方程,计算了宽主经为２２．５、两端圆滑的薄平板的气动导数,将薄平析以当作刚性物体,首先分别计算物体做竖禹强迫振动和扭转强迫振动的气动力,雷诺数取为１０＾５,物体运动和气流的耦合作用用动网格法考虑,Ｎ－Ｓ方程用二阶投影法和多重钢格法求解,然后用最小二乘法确定Ｓｉｍｉｕ和Ｓｃａｎｌａｎ给出的气动力表达式中的８个气动导数,绝大部     

剪切来流作用下圆柱体结构物的双自由度流致振动

基于四步半隐式特征线分裂算子稳定化流体有限元方法,对二维线性剪切来流作用下弹性支撑圆柱体结构物双自由度流致振动问题进行了数值计算,着重研究雷诺数Re=150时,不同参数(频率比、剪切率与折减速度)对圆柱体结构物振动响应及其流场的影响.计算分析表明,随剪切率的增加,圆柱体结构物2个方向的频率锁定区间扩大,结构发生共振现象的范围亦增大;折减速度对圆柱钝体最大振动幅度的影响较大,在锁定区间内,圆柱振动位移较大,否则较小;在高频率比工况下圆柱运动轨迹呈‘8’字形;当频率较低时,圆柱运动轨迹随剪切率的增大由‘8’字形渐变为‘雨滴’形;在剪切来流作用下圆柱尾流模态为双单涡(2S)与涡对(P)+单涡(S)两种泄涡模式.     

多重网格法求解原始变量形式的Navier-Stokes方程

采用多重网格法 ,求解原始变量形式的Navier Stokes方程 .控制方程在交错网格上离散 ,并采用SIMPLE算法计算 .为加速收敛 ,结合使用适合非线性方程的全近似格式的多重网格法FAS .文章计算了雷诺数Re =10 0 ,10 0 0时不可压粘性流体绕圆柱的流动 .计算结果与实验结果和国外的计算结果基本吻合 ,说明了该方法的准确性和有效性