低雷諾數(shù)下附屬棱柱的圓柱繞流減阻

趙 強(qiáng)， 蔣光彪， 胡江濤

(中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程學(xué)院工程流變學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗室， 長沙 410000)

繞流問題一直是流體力學(xué)領(lǐng)域最經(jīng)典的問題之一，與許多實(shí)際工程問題息息相關(guān)，如海洋平臺、深海管道、高空線纜、超高層建筑物、橋梁結(jié)構(gòu)等，相關(guān)各個工程領(lǐng)域必須考慮流體經(jīng)過時造成的渦激振蕩對其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，以降低事故風(fēng)險，減少經(jīng)濟(jì)損失。因此，相關(guān)減阻措施的研究[1-2]受到科研人員普遍關(guān)注。

目前，采用擾流體措施對圓柱力學(xué)性能的影響已有不少研究成果，其中擾流體多采用分隔板[3-5]、控制桿等，研究不同位置下擾流體對圓柱升力、阻力系數(shù)和斯特勞合爾數(shù)(St)造成的影響。Gim等[6]通過實(shí)驗研究了在圓柱后滯點(diǎn)放置不同尺寸的附屬桿對圓柱尾流的控制，得出了近尾跡區(qū)內(nèi)能較好地抑制漩渦形成的結(jié)論。Silva-Ortega等[7]實(shí)驗研究了雷諾數(shù)在5 000～50 000時圓柱周圍設(shè)置2、4、8根控制小圓柱，得出設(shè)置4根控制桿的減阻效果最好，其阻力系數(shù)較單圓柱最大可以降低約50%的結(jié)論。Lu等[8]通過數(shù)值模擬研究了層流下圓柱附加多根小直徑圓柱時對其升力、阻力的抑制情況，發(fā)現(xiàn)6根控制桿時對不同攻角的降力表現(xiàn)出更好的性能。Song等[9]數(shù)值模擬了附3根控制桿圓柱的層流流動，研究了不同攻角、間距比對流體力、頻率和流場等的影響。Wu等[10]研究了圓柱下游設(shè)置單根圓柱在小間隙比下對其渦激振動有決定性影響。在其他被動減阻措施中，研究較多的有對圓柱表面形狀的修正[11]、設(shè)置O型環(huán)[12]、開展向槽[13]、開貫通狹縫[14-15]等。……