来流湍流度对圆柱绕流特性的影响分析

"来流湍流度对圆柱绕流特性的影响 (2013年)" 本文是一篇自然科学领域的论文，作者通过大涡模拟(LES)技术，深入探讨了在雷诺数为1.4×10^5条件下，来流湍流度如何影响圆柱体周围的流动特性。大涡模拟是一种计算流体动力学方法，用于捕捉流体中的大尺度涡结构，而忽略小尺度运动，从而降低计算复杂性。 研究发现，当来流湍流度增加时，自由剪切层之间的相互作用显著加剧。这一现象强化了流场的三维特性，使流体流动变得更加复杂和动态。湍流度的提高同时也增强了尾流区域内的湍流能量交换，减少了能量的耗散。结果是回流区的长度得以延长，这意味着流体在圆柱后方逆流的时间更长。 回流区长度的增加直接影响到圆柱背风面的平均风压系数。随着回流区的增长，这个系数增大，进而导致圆柱体所受阻力系数减小。阻力系数是衡量流体对物体阻力的重要指标，其减小意味着流体更易于绕过圆柱体，流动效率提高。 同时，增强的尾流湍流还促进了多尺度湍流结构的形成。在尾流区域内，这种多尺度的湍流导致旋涡形成区生成大量涡量的旋涡，进而使得尾流区的旋涡呈现出多频率的脱落现象。这种旋涡的频繁脱落可以改变流场的稳定性，并可能影响到流体动力学行为，如噪声产生、流动诱导振动等。 该研究揭示了来流湍流度对圆柱绕流特性的重要影响，不仅影响到流场的三维特性，还对圆柱体的阻力性能和尾流结构产生深远影响。这些发现对于理解自然环境中的流体流动，如风工程、海洋结构物设计以及航空航天等领域都有重要的理论和实际意义。