﻿ 不规则柱体绕流的数值研究
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 应用科技  2017, Vol. 44 Issue (4): 1-4  DOI: 10.11991/yykj.201607004 0

引用本文

ZHANG Haipeng, LIN Jianfeng, GUO Chunyu, et al. Numerical study of flow around the irregular cylinder[J]. Applied Science and Technology, 2017, 44(4), 1-4. DOI: 10.11991/yykj.201607004.

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Numerical study of flow around the irregular cylinder
ZHANG Haipeng, LIN Jianfeng, GUO Chunyu, CAO Xuxiang, ZHANG Zuotian
College of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
Abstract: In order to study the hydrodynamic characteristics of the irregular cylinder flow, this paper first introduced the related development and research methods of flow field around the column body at home and abroad, and then used numerical simulation software of STAR-CCM+ to establish four two-dimensional models, which were numerically simulated at Reynolds number 8×105 and 3.6×106. By comparing the flow around the ordinary cylinder with the flow around the cylinder of changed shape, it is found that irregular cylinder has an effect on the flow and can delay the wake vortex shedding, and the effect is significant.
Key words: flow around an irregular cylinder    flow around a circular cylinder    numerical simulation    vortex induced vibration    Karman vortex street    wake vortex shedding    high Reynolds number    two-dimensional model

1 柱体模型的设计 1.1 柱体模型设计的理论基础

1.2 模型建立

 图 1 不规则柱体模型局部效果
2 数值模拟过程 2.1 控制方程

 $\begin{array}{l} \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \frac{{\partial \rho }}{{\partial t}} + \frac{{\partial \left( {\rho {u_i}} \right)}}{{\partial {x_i}}}\\ \frac{{\partial \left( {\rho {u_i}} \right)}}{{\partial t}} + \frac{\partial }{{\partial {x_j}}}\left( {\rho {u_i}{u_j}} \right) = - \frac{{\partial \rho }}{{\partial {x_i}}} + \frac{\partial }{{\partial {x_j}}}\left( {\mu \frac{{\partial {u_i}}}{{\partial {x_j}}} - \rho \overline {u_i^\prime u_j^\prime } } \right) + {S_j} \end{array}$

2.2 流场设置与网格划分

 图 2 圆柱绕流模拟范围图

 图 3 圆柱网格
2.3 初始条件和边界条件

3 数值模拟结果

3.1 Re=3.6×106时的模拟结果

Re=3.6×106的情况，即能够重新出现准脉动性发出的比较规律的紊流涡街的雷诺数，进行模拟分析，得到尾涡脱落初期的涡量云图，如图 4所示。

 图 4 尾涡脱落初期涡量云图(Re=3.6×106)

 图 5 尾涡脱落周期柱状图(Re=3.6×106)

4个模型的局部涡量图，如图 6所示。

 图 6 局部涡量图(Re=3.6×106)

3.2 Re=8×105时的模拟结果

 图 7 尾涡脱落初期涡量云图(Re=8×105)

4个模型的尾涡脱落周期柱状图，如图 8所示。

 图 8 尾涡脱落周期柱状图(Re=8×105)

4个模型的局部涡量图，如图 9所示。

 图 9 局部涡量图(Re=8×105)

4 结论

1) 通过对比普通圆柱体绕流和改变截面形状后的绕流效果，发现不规则柱体会使绕流在凹槽内形成小旋涡，能够吸引绕流，从而延缓尾涡的脱落。

2) 在2种雷诺数情况下，3个不规则柱体均能起到效果，其中不规则柱体二在Re=8×105时的效果最明显。

3) 文中对柱体截面形状进行了设计，并对超临界区和极超临界区进行了数值模拟，为处在大风大浪工况下的海洋平台、海底运输管道等的应用提供了理论基础。

4) 本课题可以经由设计更好的不规则柱体模型、更好的划分网格以及计算柱体受力等以进一步深入研究。

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