ANSYS CFX模拟的双向流固耦合圆柱桥墩三维绕流研究

"双向流固耦合的圆柱式桥墩绕流的三维数值模拟 (2013年)，作者任辉、周亦唐、李睿，发表于《重庆交通大学学报(自然科学版)》2013年第5期，通过ANSYS CFX软件进行了流固耦合的三维数值模拟，研究了圆柱表面涡脱落及其影响，运用有限体积法离散Navier-Stokes方程，SIMPLE方法求解，探讨了阻力系数、升力系数和Strouhal数等参数。结果显示，水流作用导致圆柱升力及尾流特征的周期性变化，并引发单一频率振动。关键词包括：圆柱绕流、双向流固耦合、三维数值模拟、雷诺数、阻力系数、升力系数。" 本文是自然科学领域的论文，主要研究了在实际工程应用中，圆柱形桥墩在流体（如水）流动中的响应。流固耦合是指流体与结构之间的相互作用，这里的结构指的是圆柱形桥墩。作者利用先进的CFD（计算流体动力学）工具ANSYS CFX，对圆柱体表面的涡脱落现象进行了三维数值模拟。涡脱落是流体绕过固体物体时，由于湍流产生的周期性涡旋脱落，这在桥梁工程中对于结构稳定性和安全至关重要。 Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程，通过有限体积法将其离散化，可以转化为可求解的形式。SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations）算法是一种常用于求解流体动力学问题的方法，能有效处理流体压力和速度的迭代关系。 在模拟过程中，作者分析了圆柱体表面的压力系数分布，以及阻力系数、升力系数和Strouhal数。阻力系数是描述物体在流体中受阻力的比例，升力系数则反映了物体因流体流动而产生的垂直于流体方向的力。Strouhal数是无量纲参数，用于量化周期性涡脱落的频率与流动速度和物体尺寸的关系。 研究发现，圆柱体在水流作用下，其升力和尾流特征呈现出周期性变化，同时出现了单一频率的振动。这一发现对于理解和预测桥梁在水动力荷载下的动态响应，以及设计抗振措施具有重要意义。文章还提到了雷诺数，这是判断流体流动状态的关键参数，对于理解和模拟不同流动条件下的圆柱绕流特性至关重要。 这篇论文通过精确的数值模拟，深入研究了流体与结构之间的相互作用，对圆柱形桥墩在水中的动态行为提供了理论依据，有助于提升桥梁设计的安全性和效率。