亚临界雷诺数下圆柱与方柱绕流数值模拟比较

"亚临界雷诺数下圆柱和方柱绕流数值模拟 (2014年)" 本文是关于亚临界雷诺数条件下，二维单圆柱和单方柱绕流的数值模拟研究。研究者利用RNGκ-ε湍流模型，通过有限体积法对雷诺数范围在3×10^2到3×10^5的流体流动进行模拟，以探讨阻力系数Cd和Strouhal数随雷诺数的变化规律。在雷诺数Re=22000时，对圆柱和方柱的绕流特性进行了深入的对比分析。 首先，研究发现，在相同的雷诺数下，单个圆柱的阻力系数Cd相比单个方柱较低，这意味着圆柱在流体中的阻力相对较小。然而，圆柱的Strouhal数却比方柱高，这表明圆柱周围的涡旋脱落频率更高。Strouhal数是衡量物体表面涡旋脱落频率的一个关键参数，其值的大小直接影响着物体受到的周期性力的性质。 尽管圆柱和方柱的边界层分离点不同，它们的流场演变和涡旋脱落过程显示出一定的相似性。边界层分离点是指流体在物体表面达到湍流状态并开始从物体表面分离的点，它对于理解流体动力学特性至关重要。涡旋脱落是流体流动中不稳定性的表现，可以导致物体的振动和噪声，甚至在极端情况下引起共振和声振问题。 钝体绕流问题在工程中具有广泛的应用背景，例如桥梁墩柱、深海管道、飞机机翼和化学反应塔等。由于绕流产生的涡旋可以引发物体振动和噪声，因此对于钝体绕流的研究对于优化设计和避免潜在的安全问题具有重要意义。过去的研究包括了不同排列方式的双圆柱绕流模拟、大涡模拟以及对方柱绕流流场特性的数值分析。 RNGκ-ε模型是一种改进的湍流模型，能够更好地捕捉近壁区的湍流行为，从而提高数值模拟的准确性。有限体积法则是数值计算中常用的一种方法，通过离散化连续体的物理域来求解流体动力学方程。 该研究通过数值模拟揭示了亚临界雷诺数下圆柱和方柱绕流的特性，为理解和预测钝体绕流提供了理论基础，并对工程应用提供了参考。这些发现有助于优化相关结构设计，减少阻力和振动，提高结构的稳定性和安全性。