基于Fluent的球柱式結(jié)構(gòu)繞流數(shù)值模擬?

劉建華，伍保華，王 勇

（合肥工業(yè)大學 機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009）

0 引言

圓柱、圓球的黏性繞流是流體力學中的經(jīng)典問題，在工程實踐中得到了廣泛的應用。單圓柱、單圓球黏性繞流在不同雷諾數(shù)下的數(shù)值模擬與實驗結(jié)果得到了近乎一致的結(jié)論［1-3］。對多圓柱、單圓球的黏性繞流的研究，按照圓柱的不同排列方式可分為3類：串列、并列和級列。廖俊［4］、劉松［5］、鄧見［6］等對串列雙圓柱、垂直交叉雙圓柱繞流場進行了數(shù)值模擬；張愛社、張陵對等邊三角形布置的三個相同直徑的二維圓柱繞流問題進行了數(shù)值模擬［7］，分析了不同間距對圓柱間的相互作用和尾流特征，得到的升阻力系數(shù)、Strouhal數(shù)等特征參數(shù)與實驗結(jié)果相符；任安祿［8］、韓守磊［9，10］等對串列雙圓球、并列雙圓球、串列三圓球進行了研究。這些研究大都集中在多圓柱、多圓球繞流場，對圓柱、圓球、盤形的組合結(jié)構(gòu)研究較少。本文研究一種球柱模型，為建立模型表面受力與流速、流向間的關(guān)系，用Fluent軟件進行了仿真研究，并分析了小圓柱結(jié)構(gòu)對圓球繞流場的影響。

1 球柱模型與數(shù)值計算方法

1.1 模型描述

球柱模型由圓球外殼、圓柱桿連接組成。來流方向模型表面受到繞流阻力，垂直來流方向產(chǎn)生升力作用。其結(jié)構(gòu)尺寸為：圓球直徑D＝200 mm，圓柱桿直徑d＝20 mm，桿長l＝400 mm。選擇矩形計算域，進口邊界距圓球中心距離為10D，出口邊界距圓球中心距離為30D，四側(cè)面距圓球中心距離各為10D。模擬過程置水流速度指向X軸正方向，只改變XZ平面內(nèi)不同擺放位置時圓柱固定桿與X軸正向的夾角θ。……