CFX三维模拟揭示方柱绕流的雷诺数效应与流场特性

本文主要探讨了方柱绕流的三维数值模拟方法，通过计算流体力学软件CFX进行深入研究。作者付英男和赵西增针对恒定来流条件下的粘性不可压缩流体，对圆柱和方柱进行了细致的数值模拟，这在科学研究中具有重要的工程应用价值，特别是在水文学、水利工程以及流致振动等领域。 研究首先从二维数值模拟开始，以雷诺数Re=100和300为基准，分析了网格大小和时间步长对模拟结果的影响。通过对比，作者揭示了圆柱和方柱在不同Re值下流动特性的差异，以及随着Re数增加，流体流动结构的变化趋势。他们发现，当Re=300时，与Re=100相比，周向压力、速度场和涡量场表现出显著的三维效应，这是因为二维流动向三维发展的过程中伴随着能量转换，这导致三维阻力和升力系数的计算结果相对较低。 文章进一步将二维模拟拓展到三维，重点考察了阻力系数、升力系数、Strouhal数等关键参数的三维特性。Strouhal数是描述物体与流体相互作用的一个重要参数，它在理解涡激振动现象中起着关键作用。作者的三维模拟结果与现有文献数据高度吻合，证实了该研究方法的有效性和准确性，为深入理解柱体绕流及其相关振动问题提供了有力的理论支持。 此外，文章还提到了研究的资助背景，包括高等学校博士学科点专项科研基金、国家自然科学基金以及水文水资源与水利工程科学国家重点实验室的开放研究基金，这些资金来源反映了研究的学术价值和实际应用价值。作者付英男在硕士阶段专注于流致振动的数值模拟，而赵西增则作为副教授和博士生导师，主要关注CFD（计算流体动力学）和灾害波浪的研究，两者的合作展示了交叉学科的融合优势。 这篇首发论文通过CFX软件进行的方柱绕流三维数值模拟，不仅提供了丰富的实证数据，而且深化了我们对粘性不可压缩流体复杂流动行为的理解，为后续相关领域的理论发展和工程实践提供了有价值的基础。