的分类流体运动的分类流体动力学控制方程圆柱的受力分析单圆柱绕流模拟前言计算模型和网格单圆柱绕流模拟结果与分析升阻力情况分析流场情况分析本章小结双圆柱绕流模拟前言计算模型和网格计算结果与分析万方数据时绕流流场分析时绕流流场分析时绕流流场分析时绕流流场分析时绕流流场分析本章小结结论与展望研究工作总结展望参考文献作者简介万方数据图清单图单圆柱计算模型三维图图单圆柱计算采用的网格和圆柱周围网格图图不同雷诺数下升阻力系数随时间变化图柱面阻力系数均值随时间变化图不同雷诺数下面流线图和涡量图图时不同值时截面流线图和涡量图图并列双圆柱计算模型面二维图图二维计算网格和圆柱附近放大图图时升阻力系数随时间变化图时剖面流线图和涡量图图时剖面流线图和涡量图图时升阻力系数随时间变化图时剖面流线图和涡量图图时剖面流线图和涡量图图时两柱升阻力系数图时剖面流线图和涡量图图时剖面流线图和涡量图图时两柱升阻力系数图时剖面流线图和涡量图图时剖面流线图和涡量图图时两柱升阻力系数图时剖面流线图和涡量图图时剖面流线图和涡量图表清单表单圆柱绕流与数关系表亚临界雷诺数下单圆柱绕流参数万方数据中国计量学院硕士学位论文绪论课题背景和研究意义圆柱绕流直是流体力学研究的个重要方面。在许多工程实际中很多重要部件都是圆柱体结构，都存在圆验观察结果致。对于双稳态区的弹性圆柱体的运动特性，曾做过实验研究。为了研究在耦合涡街区的运动特性，徐文景等在雷诺数，的范围内，选取了的并列双圆柱体进行了实验研究。王沣浩等采用表面涡方法研究了流体诱导并列双圆柱和串列双圆柱振动的问题，并计算了圆柱的振动频率和振动响应等，在时，可以发现柱体发生了多频振动，其升力系数和斯托劳哈数与的实验结果吻合，弹性圆柱的均力比刚性圆柱低，而其脉动力明显升高当，时，流场表现为双稳态流型，斯托劳哈数为双频。利用热线测试技术对并列的弹性双圆柱绕流流场进行了研究，他们观测了漩涡产生发展和脱落过程，结果显示，其他条件不变，间距比在，和时，分别出现了三种不同的涡脱落模态，并且发现弹性圆柱的运动规律跟流场特性有关。陈文曲在他的硕士学位论文中，在时对并列弹性双圆柱的绕流现象进行了研究，间距比的变化范围为。则研究和考察了并列双圆柱强迫振动系统的尾流场特性，在他们的文章中，圆柱按照给定的正弦曲线变化规律振动，取不同的振幅，振动频率和相位角研究发现，在共振区域内，不同相位角下，相互作用的涡表现出各种不同的流动模态，而在共振区域外，在定倍数的圆柱振动周期内，涡的形万方数据中国计量学院硕士学位论文成会反复出现定的流动图像。张洪军等取，在并列双圆柱流场中加入个与主圆柱平行的小圆柱来控制并列双圆柱的涡脱落。李保庆研究了声发生器对间距比为时的双圆柱绕流流场的控制，以及基于压电微致动器对间距比为时的双圆柱绕流的控制。我们认为，对高雷诺数下并列双圆柱的系统研究还是不够到位，还可以用最新的湍流模型，对其这工况下的特性进行进步的研究。主要研究内容和创新点主要研究内容本文基于对圆柱绕流机理的研究，主要采用基的湍流模型对不同雷诺数下的单圆柱绕流和高雷诺数下并列双圆柱绕流进行了数值模拟。对于数值模拟结果着重分析了不同条件下绕流流场形态圆柱的受力情况等。具体研究工作如下所述数值模拟了时单圆柱绕流流场的特性，并对升阻力，涡量图进行了分析验证了方法在高雷诺数下进行三维模拟的准确性研究了高雷诺数时单圆柱绕流的阻力危机现象对时不同间距比下并列双圆柱尾流的情况和柱体的受力情况进行了数值模拟和分析。创新点对计算模型进行了三维数值模拟，流动显示了明显的三维特性模拟得出单双圆柱绕流的流场形态受力情况等采用基的湍流模型模拟高雷诺数下流场进行模拟。万方数据中国计量学院硕士学位论文计算流体力学理论流体和流体运动的基本概念流体作为计算流体力学的研究对象，流体的性质和流动状态决定着计算流体力学所采用的计算模型和计算方法，因此，首先必须了解流体和流动的基本概念。基本概念雷诺数，雷诺数代表惯性力与粘性力之比。斯托劳哈数，其中为漩涡脱落频率，斯托劳哈数表征当地惯性力与位移惯性力之比。约化速度，其中是自由流速，即进口速度，是结构固有振动频率。质量比，质量比是用来衡量轻型结构对流动诱发振动的敏感程度。阻尼因子每周期耗散的能量结构的总能量。用来表征结构振动时耗散的能量的特性。柱体的阻力系数和升力系数分别定义为，，其中，和分别为柱体所受到的升力和阻力为流体的密度为无穷远来流速度为柱体的长度，为柱体的直径为柱体垂直于流向的截面积。流体的分类可压缩流体和不可压缩流体具有可压缩性的流体即为可压缩流体。真实环境中的流体都是可以压缩的，然而在许多情况下，流体的压缩性对实际应用影响不大，为了计算的方便，就会把压缩性忽略，这种不考虑流体压缩性的理想流体就称为不可压缩流体。相对不可压缩流体，考虑流体体积变化时，则将流体视为可压缩流体。液体压缩系数很小，在相当大的压强变化范围内密度几乎不变，因此般的液体平衡及运动问题都将液体视作不可压缩流体进行理论分析气体的可压万方数据中国计量学院硕士学位论文缩性远大于液体，多视作可压缩流体，但几乎所有自然大气运动，气流速度不大，远小于声速，流动过程中密度没有明显变化，仍可作为不可压缩流体处理。流体的可压缩性是指流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。可压缩性实际上是流体的弹性。理想流体和真实流体流体力学理论中，将流体分为理想流体和真实流体。理想流体是指不考虑质量扩散粘性热传导等特性的流体，但我们般进行流体计算时，不对粘性特征进行忽略，本文的计算忽略了质量扩散和热传导，但加入了粘性系数。牛顿流体和非牛顿流体粘性流体做维平行流动时，流体中的粘性切应力与剪切应变力成线性关系。但大量实验又表明，在同样的流动状况下，并不是所有的流体都能满足这个牛顿粘性定律。在流体力学中，通常把能服从牛顿粘性定律的流体称为牛顿流体，而把有粘性但不服从牛顿粘性定律的流体称为非牛顿流体。流体运动的分类依据流动过程中流场形态物理属性等的变化，可以把流动划分为定常流动与非定常流动流体流动时，如果流体的所有物理量都很稳定，不随时间变化，这种流动就称为定常流动，但是，如果它的任意个物理量随时间有变化，这种流动我们就称之为非定常流动。层流与湍流如果流体质点彼此互不掺混，有条不紊的线状成层流动，这种流动状态为层流。否则，流体质点各层之间相互混合，运动杂乱的随机运动，称为湍流也有称为紊流。般是根据雷诺数的大小区分层流或者湍流。对于湍流流动的研究是从提出统计平均方法开始的，从此以后，湍流理论开始登上流体力学研究的舞台。后来周谟仁书中提到提出了混合长度理论，并得到了广泛的工程应用。然而，从近代湍流认识来看，湍流运动不是简单的离散系统，不能用分子运动来比拟。的研究推动了对湍流流动研究的进步发展，他提出了的湍流涡的粘度及湍流涡的扩散问题，和周培源也对湍流流动研究做出了很大的贡献，使得二十世纪后期的湍流流动研究有了很大的突破。湍流是多尺度有结构的小规则运动。湍流的发生是因为在雷诺数达到定的值时，惯性力产生的扰动作用远大万方数据中国计量学院硕士学位论文于粘性力的阻尼作用。因此，流体的层流流动和湍流流动主要取决于雷诺数的大小，当雷诺数增大的定程度时，流动就会由层流转变为湍流流动。实验中得到，由于外部条件的不同，导致过渡点的雷诺数时不同的。般来说，当雷诺数小于时，流动会保持在层流状态，与外部扰动无关，但是随着外部条件的改变，从层流到湍流的转变雷诺数会有所上升。在湍流运动中，任时刻的速度都会在该点的平均速度处有定的脉动，在湍流理论中我们称为脉动速度，也有的文章中称为涨落。这种脉动的能量对湍流流动起决定性作用，虽然它的能量较小，振幅小于平均速度的，频率为每秒。在湍流运动中，湍流的扩散摩擦阻力和热传导主要是通过这种过程产生的，它与层流大不相同，后者主要是通过分子运动产生的，这也就决定了湍流运动完全不同于层流运动。方程对于这两种情况都可以运用，并没有限制，但是由于两者之间物理上存在着很大的差异，湍流中的脉动现象是随时随机存在的，划分的所有微小流体结构的物理性质都在发生剧烈的非定常变化，而且变化频率过大，甚至能达到，这导致方程不能对湍流流场进行解析求解，也就不能直接用这个方程来研究湍流流动。均匀流与非均匀流如果流场中同条流线上的速度矢量相同，称为均匀流，若不相同，称为非均匀流，均匀流场中的流线是平行线。有旋流与无旋流根据流体流动的形式划分，如果流动形式为平移和变形，那么称为无旋流动，如果流体有旋转的运动，就称作有旋流动。渐变流与急变流按流速的大小和方向沿程变化饿缓急程度，将非均匀流分为渐变流和急变流。渐变流又称缓变流是指各流线接近于平行直线的流动，也就是说，渐变流各流线之间的夹角很小，而流线的曲率半径有很大，其极限情况就是流线为平行直线的均匀流。急变流则情况相反。有压流和无压流流体过流断面周围全部为固体边界所限定时，称为有压流，如管流。流体过流断面部分被固体边界所限，并且具有自由表面，这种情况称为无压流，如渠道水流。万方数据硕士学位论文高雷诺数下圆柱绕流的三维数值模拟作者李燕玲导师苏中地教授学科测试计量技术及仪器中国计量学院二〇四年三月万方数据，万方数据中图分类号学校代码密级公开硕士学位论文高雷诺数下圆柱绕流的三维数值模拟作者李燕玲导师苏中地教授申请学位工学硕士培养单位中国计量学院学科专业测试计量技术及仪器研究方向流体检测与仿真二〇四年三月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国计量学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名签字日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解中国计量学院有关保留使用学位论文的规定。特授权中国计量学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门