不规则柱体绕流数值模拟：延缓尾涡脱落效应分析

"不规则柱体绕流的数值研究" 这篇研究论文主要探讨了不规则柱体绕流的流体力学特性。柱体绕流的研究在船舶与海洋工程领域具有重要意义，因为柱体形状的物体在水下或空气中运动时，其周围的流场特性直接影响着性能和稳定性。作者张海鹏等人首先概述了国内外关于柱体绕流的研究进展和常用的研究方法，这些方法包括理论分析、实验观测以及数值模拟等。 在本文中，研究人员利用先进的数值模拟软件STAR-CCM+构建了四个二维模型，这些模型代表了不同形状的不规则柱体。STAR-CCM+是一款强大的计算流体动力学（CFD）工具，能够准确模拟复杂流场中的流动现象。选择雷诺数（Re）为8×10^5和3.6×10^6进行模拟，这两个雷诺数分别代表了低速和高速流动条件，涵盖了广泛应用的范围。 通过对这些不规则柱体的数值模拟，研究发现它们的绕流特性与常规圆柱体存在显著差异。不规则柱体的形状变化能延缓尾涡的脱落过程，这可能是因为其表面轮廓改变了流体的速度分布和压力分布，进而影响涡结构的形成和演化。尾涡脱落是圆柱体绕流中的关键现象，它与涡激振动和卡门涡街紧密相关，这些振动可能会导致结构疲劳和噪声问题。 涡激振动是指流体绕过柱体时，由于交替的升力作用在柱体上产生的周期性振动，而卡门涡街则是指在柱体背后形成的有规律的涡旋序列。对于不规则柱体，其独特的形状可以干扰这一自然形成的过程，从而减少或改变振动频率和强度，这对于优化海洋结构物的设计，减少能源消耗，提高抗疲劳性能具有实际价值。 此外，高雷诺数下的数值模拟结果揭示了在湍流主导的流动条件下，不规则柱体对流场影响的复杂性。在这些条件下，流体的惯性和粘性效应更加显著，使得流场更加不稳定，而不规则柱体的形状可以对这种不稳定流动产生调节作用。 该研究通过数值模拟方法深入探究了不规则柱体绕流的特性，为理解和优化非圆柱形物体在流体环境中的行为提供了新的见解。这些发现对于船舶设计、海洋结构物的抗疲劳性改进，以及相关工程领域的流动控制策略都具有重要的理论和实践意义。