四柱阵列绕流特性数值模拟研究

"阵列四柱绕流的数值模拟 (2012年) - 江苏科技大学学报(自然科学版) Vol. 26 No. 6 Dec. 2012 - 刘为民, 谷家扬, 卢燕祥" 本文主要探讨了海洋结构物中的一个重要问题——阵列四柱绕流特性。研究采用了雷诺平均法（Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, RANS）来求解流体力学中的NS方程，并结合SSTk-ω湍流模型进行数值模拟，以分析阵列四立柱在海洋流场中的流动行为。 首先，研究者考虑了中国南海的实际流场条件，选择了6个具有代表性的流速进行分析。由于四柱结构的对称性，他们选取了3个不同的来流方向进行研究。在对单个方柱绕流的斯特哈尔数(Steady-State Taylor Number)与已有的实验和数值模拟数据进行验证后，论文深入研究了张力腿四立柱的升力系数、拖曳力系数、立柱截面上的涡强分布以及尾涡泄放结构。 斯特哈尔数是衡量流体动力学中旋转物体表面剪切应力与重力作用力之间关系的一个无量纲参数，在本研究中，它用于评估四立柱在不同流速下的响应。数值模拟结果显示，当来流方向为0°和45°时，四立柱的涡泄频率高于单个方柱；而在22.5°时，两者涡泄频率接近。同时，四立柱的斯特哈尔数整体上大于单个立柱，这表明阵列结构会增加流体动力效应。 在立柱截面上，涡强的最大值出现在上游立柱的迎流面拐点处，这揭示了流动诱导涡旋的形成规律。此外，尾流涡泄结构呈现出2S模式，这是典型的多柱体绕流特征，表明涡旋在阵列中的相互作用和释放模式。 通过频谱分析，论文还揭示了阵列方柱在频域内的特性，这有助于理解流动的动态响应和能量分布。这些研究成果对于理解和预测海洋结构物如石油平台、桥梁支柱等在复杂流场中的动力性能具有重要意义，同时也为相关工程设计提供了理论依据。 关键词：阵列四柱；绕流特性；斯特哈尔数；尾涡结构 中图分类号：U357 文献标志码：A 文章编号：1673-4807(2012)06-0534-07 作者简介：刘为民，女，江苏盐城人，讲师，研究方向为近海水利工程。