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二维转动板的绕流特性数值模拟

作 者: 秦义
导 师: 武岳;孙瑛
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 结构工程
关键词: 转动板 绕流特性 动网格 数值模拟 大气边界层主动模拟
分类号: TU312.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 78次
引 用: 2次
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内容摘要


对于含运动边界钝体绕流的模拟以及钝体尾流的控制是计算风工程中的一项难题。本文采用数值模拟技术研究不同形式的二维转动板的绕流特性,以期获得定性地规律,并为大气边界层的风洞主动模拟提供理论依据。本文首先总结了国内外关于平板绕流研究的发展现状以及动网格技术在CFD模拟中的应用。通过UDF接口编程嵌入二维转动板的运动方程,建立转动板的计算模型,对具有不同运动频率和振幅的转动板的气动特性及尾流区风场特性进行了研究。主要工作如下:1.对雷诺数为22000的方柱绕流进行了数值模拟,得到了与参考文献一致的阻力系数平均值和斯托拉哈数,同时对横向受迫振荡圆柱绕流进行数值模拟,观察到了振荡圆柱在不同振荡频率下的拍频和锁定现象,验证了本文的数值模拟方法可以用于模拟高雷诺数下的钝体绕流问题及采用动网格技术模拟运动边界问题的可行性。2.对比分析了平行于来流放置转动板与垂直于来流放置转动板的气动特性的异同,以及二者尾流区风场平均风速和湍流度的特点。结果表明,板平行于来流放置时,湍流度随着振幅的增大而增大,随着频率的增大而减小;板垂直于来流放置时,随着振幅的增大,湍流度先增大后减小。3.研究了可在风洞中应用的组合转动板在不同转动频率和不同振幅下的绕流特性,并对不同间距比下的并列双组合板的绕流特性进行了探讨,得到了两种不同的尾流形态。计算结果表明,可以通过减小振幅增加板的转动频率的方法增加尾流区的湍流度;并列双组合板尾流区的湍流度大于相同转动频率和振幅下的单组合板尾流区的湍流度;随着两板间距比的增加,近尾流区湍流度减小;间距比较小时,两板之间会出现偏流现象。该计算为转动型主动模拟装置在风洞中的应用提供了参考。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-15
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 CFD 技术研究现状  9-10
    1.2.1 动边界问题模拟方法  9
    1.2.2 含运动边界钝体绕流  9-10
  1.3 风洞主动模拟研究现状  10-12
  1.4 平板绕流研究现状  12-14
  1.5 本文主要工作  14-15
第2章 基于动网格方法的钝体绕流数值模拟  15-37
  2.1 CFD 数值模拟方法  15-21
    2.1.1 流体动力学基本方程  15-16
    2.1.2 数值计算方法  16-17
    2.1.3 SIMPLE 算法  17-18
    2.1.4 湍流模型  18-21
  2.2 动网格技术的原理  21-26
    2.2.1 动边界控制实现方法  22-24
    2.2.2 动网格更新方法  24-26
  2.3 数值算例验证  26-36
    2.3.1 变量介绍  26-28
    2.3.2 二维方柱绕流  28-32
    2.3.3 横向受迫振荡圆柱绕流  32-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章 单个转动板绕流特性  37-54
  3.1 数值模型与参数分析方案  37-39
    3.1.1 数值模型  37
    3.1.2 参数分析方案  37-39
  3.2 板的气动特性研究  39-46
    3.2.1 平行于来流放置板  39-42
    3.2.2 垂直于来流放置板  42-46
  3.3 板尾流区风场特性研究  46-53
    3.3.1 平行于来流放置板  46-49
    3.3.2 垂直于来流放置板  49-53
  3.4 本章小结  53-54
第4章 组合转动板绕流特性  54-69
  4.1 数值模型与参数分析方案  54-55
    4.1.1 数值模型  54
    4.1.2 参数分析方案  54-55
  4.2 板的气动特性研究  55-59
  4.3 板尾流区风场特性研究  59-62
  4.4 并列双组合板绕流特性研究  62-68
    4.4.1 数值模型  62-63
    4.4.2 板的气动特性研究  63-65
    4.4.3 板尾流区风场特性研究  65-68
  4.5 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-75
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果  75-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构荷载与结构承载力 > 结构荷载分析
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