学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

圆柱绕流及其控制的数值模拟研究

作 者: 何鸿涛
导 师: 毛军;张群峰
学 校: 北京交通大学
专 业: 流体力学
关键词: 圆柱绕流 大涡数值模拟(LES) 分流平板 肩部吸气 尾部吹气 流动控制
分类号: O357.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 473次
引 用: 1次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


圆柱绕流为代表的钝体绕流是工程实践中非常普遍的流动现象,控制和消除圆柱尾部涡脱落是空气动力学研究的热点之一。分流平板、吸气和吹气是目前工程实际中应用较为广泛的三种控制方法。本文将通过数值模拟的方法来研究圆柱绕流的基本特性以及三种控制方法对于圆柱绕流尾部涡脱落的控制效果。本文研究了Re=100、3900和8.27×106三种雷诺数条件下的的圆柱绕流,采用有限体积法求解不可压非定常控制方程组,对绕流流场进行了数值模拟。在对圆柱绕流特性的研究中,首先分析了计算参数对数值模拟的影响。对于非定常数值模拟,时间步长减小、网格加密,会提高求解的精度。在大雷诺数圆柱绕流数值模拟中,必须考虑流场的三维特性。使用大涡模拟方法时,使用Smagorinsky—Lilly湍流亚格子动力模型能够获得较好的数值计算结果。然后,根据计算得到的流场对绕流特性进行了分析,获得了圆柱绕流的基本流动规律。在对圆柱壁面分离角的研究中,发现在层流状态时分离角大于90。,在亚临界状态中小于90°,国内一些教材及文献并没有对这两种情况进行区分。对于三种雷诺数条件下的圆柱绕流分别施加分流平板、肩部吸气和尾部吹气,三种控制方法。在Re=100时,三种控制方法都能够完全抑制圆柱尾部涡脱落。在Re=3900时,分流平板和尾部吹气只能在一定程度上抑制涡脱落,肩部吸气仍然可以完全消除尾部涡脱落。在Re=8.27×106时,分流平板和尾部吹气也只能削弱涡脱落,肩部吸气仍然能够消除涡脱落,却不能完全抑制尾迹中的非对称性。三种控制方法在抑制涡脱落的同时,都能起到减阻作用。分流平板和尾部吹气会引起壁面边界层分离的提前,吸气则可以延迟分离。由上可见,肩部吸气对于三种雷诺数条件圆柱绕流的控制效果最为显著。本文系统地研究了三种控制技术在三种典型雷诺数下对于圆柱绕流的控制效果,为工程实践提供了重要参考,丰富了圆柱绕流及控制技术相关的研究。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-19
  1.1 研究意义  11-12
  1.2 研究进展  12-17
    1.2.1 圆柱绕流特性的研究  12-14
    1.2.2 流动控制技术的研究  14-16
    1.2.3 圆柱绕流的数值研究进展  16-17
  1.3 研究方法和内容  17-19
2 数值方法  19-31
  2.1 控制方程  19
  2.2 大涡模拟  19-22
    2.2.1 脉动的过滤  19-20
    2.2.2 LES控制方程  20-21
    2.2.3 格子尺度模型  21-22
  2.3 控制方程的求解  22-28
    2.3.1 离散化  23-25
    2.3.2 基于压力求解方法  25-28
  2.4 单值性条件  28-30
    2.4.1 边界条件  28-29
    2.4.2 初始条件  29-30
    2.4.3 LES中的近壁面处理  30
  2.5 本章小节  30-31
3 圆柱绕流特性  31-71
  3.1 层流L3状态  31-43
    3.1.1 计算结果  32-35
    3.1.2 流场分析  35-43
  3.2 亚临界TrSL2状态  43-59
    3.2.1 计算结果  44-50
    3.2.2 流场分析  50-59
  3.3 过临界TrBL4状态  59-68
    3.3.1 计算结果  60
    3.3.2 流场分析  60-68
  3.4 本章小结  68-71
4 控制技术  71-121
  4.1 分流平板  71-85
    4.1.1 层流控制  71-76
    4.1.2 亚临界控制  76-81
    4.1.3 过临界控制  81-85
  4.2 吸气  85-103
    4.2.1 层流控制  86-93
    4.2.2 亚临界控制  93-97
    4.2.3 过临界控制  97-103
  4.3 吹气  103-118
    4.3.1 层流控制  103-109
    4.3.2 亚临界控制  109-113
    4.3.3 过临界控制  113-118
  4.4 本章小结  118-121
5 结论  121-123
参考文献  123-126
作者简历  126-128
学位论文数据集  128

相似论文

  1. 缝隙式扩压叶栅流动机理研究,TK474.8
  2. 圆柱尾迹在干扰下脉动空间发展的实验研究,O353.4
  3. 平行壁面间二维圆柱绕流尾迹演化特性研究,TB126
  4. 静止和转动圆柱绕流的格子Boltzmann模拟,O359
  5. 圆柱绕流的数值模拟研究,O351.2
  6. 圆柱绕流及涡激振动的二维数值模拟,U441.3
  7. 半埋入式S弯进气道优化设计及主动流动控制技术研究,V232
  8. 带轴向板条圆柱绕流数值模拟研究,P75
  9. 空腔流动的机理模拟和控制,V211.3
  10. 多模式电磁搅拌板坯连铸结晶器内电磁场与钢液流动数值模拟,TF777
  11. 海洋立管涡激振动及疲劳分析,U674.381
  12. 企业高管人员流动的博弈分析,F272
  13. 微管外流动换热的玻尔兹曼数值模拟研究,TK124
  14. 不同排列方式下的双圆柱、三圆柱绕流数值模拟,TV131.6
  15. 缝隙叶片分离流控制机理研究,V231
  16. 附面层吸入式进气道主动流动控制研究,V231
  17. 合成双射流激励器流场特性及其控制机翼分离流动研究,TP62
  18. 流体激励器特性研究及在流动控制中的应用,O413.1
  19. 流动控制中非定常扰动技术研究,V211
  20. 传统浸入边界法的改进及其对不可压粘流的数值模拟,V211

中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 流体力学 > 粘性流体力学 > 不可压缩粘性流体力学
© 2012 www.xueweilunwen.com