O型环抑制圆柱绕流涡脱落的数值研究

"该研究是关于利用O型环抑制圆柱绕流涡脱落的数值分析，发表于2008年。研究者通过大涡模拟技术解决了Navier-Stokes方程，探讨了涡脱落频率、升力脉动幅度以及平均阻力系数。他们发现二维模拟无法准确反映流动特性，而三维计算更接近实验结果。为了抑制涡脱落，研究者在圆柱表面安装了间距为1D、直径为0.0167D的O型环。结果表明，O型环能促进流体边界层分离，显著抑制涡脱落，降低升力脉动和速度脉动幅值，并轻微减少阻力系数，具有实际工程应用潜力。" 在工程领域，圆柱体周围的流动问题，特别是涡脱落，常常引起显著的振动和噪音，成为了一个重要的研究课题。黄曌宇和蒋伟康的这项研究聚焦于寻找有效的抑制涡脱落的方法。他们运用大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES），这是一种计算流体力学的技术，用于处理复杂的湍流流动，比传统的雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模型更能捕捉流动细节，但相对于直接模拟湍流（DNS）来说计算成本更低。 研究中，他们首先验证了三维计算与实验数据的一致性，证明二维模拟无法充分揭示流动的三维特性。接着，他们提出了一种创新的控制策略——在圆柱表面上布置O型环。O型环的直径仅为圆柱直径的1/64，这种微小的几何改变却产生了显著的效果。通过分析升力变化、速度谱以及横截面流场，研究者发现O型环能够诱导流体边界层提前分离，进而防止涡脱落的发生。这不仅极大地降低了升力脉动和观测点的速度脉动幅值，还使得阻力系数略有下降，这些改善对于实际工程应用是非常有益的。 O型环的使用展示了被动控制方法在抑制圆柱绕流涡脱落方面的有效性。虽然O型环结构小，但对计算网格的要求较高，增加了数值模拟的复杂性。尽管如此，研究者成功地克服了这一挑战，提供了有价值的数据和见解，为进一步理解和优化涡脱落抑制策略奠定了基础。 关键词涉及的领域包括圆柱绕流的数值模拟、大涡模拟技术的应用、O型环的气动效应以及涡脱落抑制的物理机制。这项工作对于理解流体动力学中的涡脱落现象，以及在空调通风系统、换热器等工程设备的设计中减少振动和噪声具有重要意义。通过深入研究，未来可能开发出更多类似O型环的有效控制手段，以优化流体流动性能并提高设备效率。