中国工程热物理学会学术会议论文脉动流方柱绕流特性研究林纬仁，喻九阳2,郑小涛2>聂思皓2,徐成2(1,武汉理工大学机电工程学院，武汉，4300702,武汉工程大学机电工程学院，武汉，430074)(Tel:13871563747,E-mail：linweil987317@163.com)摘要：本文数值模拟雷诺数^=100的条件下，脉动流振幅和频率分别为0.29W0.8和0</p<20Hz时方柱绕流特性。数值计算得到方柱绕流的升、阻力系数，涡脱频率及尾涡特性，且在稳定流工况下的数值模拟结果与文献结果一致.研究结果表明脉动流是一种有效的主动流动控制方法，且在脉动流作用下，漩涡脱落频率存在“锁定”现象,即当脉动流频率在方柱绕流自然涡脱频率两倍附近时，涡脱频率为脉动流频率的1/2.木文进一步分析和讨论了流体脉动参数对阻力系数的影响.关键词：方柱；脉动流；锁定0引言随着资源开发逐渐向海洋转移，海洋结构的动力载荷分析引起广泛关注，国内外学者对方形、闘柱形截面杆件绕流流动特性开展了大量研究。但以往研究工作大部分集中在均匀流绕过闘形或矩形截面杆件的流动特性研究山3,对于脉动流中的方形截面杆件的流动问题研究较少。海面上海浪运动的随机特性给海洋结构的动力分析带來了很大因难，但在深水小振幅的条件下，可假定海面上的波浪运动是一种理想的正弦曲线⑸，即町将海面的波浪运动假定为速度以止弦波动的脉动流。脉动流与速度均匀流相比较，不仅存在冇脉动阻力，而且由于漩涡的脱落，会在垂直于來流方向上产生一个相当大的侧向升力，因此分析研究柱体脉动流绕流的流动特性具冇广泛的工程应用和科学价值。本文采用Fluent软件数值模拟脉动流绕过方柱的流动特性(升、阻力系数，涡脱频率及尾涡结构)，其中脉动流振幅和频率分别为0.2WAW0.8和0W/pW20Hz。1.数值计算方法1.1计算模型国内外学者对均匀流绕过方柱的的流动特性开展了大量的数值模拟和实验研究，方柱绕流与闘柱绕流的流动特性相较，其流动分离点固定。当^<200时，方柱绕流为层流，根据雷诺数的人小，将方柱绕流的流动特征分为16-131：1)Re<\,流动为蠕动流；2)随着雷诺数增人，在方柱下游产生一对对称的尾涡，该类型流动结构一自持续到50W/?eW70：3)随着雷诺数的进一步增大，流动对称性被破坏，形成卡门涡街，并一直持续到^=200,但当屁>160时•，流动呈现岀三维特性。本文研究的雷诺数为屉=100,流动为二维层流,其计算模型如图U国家自然科学基金项目(N0.50976080)；武汉工程大学科学研究基金项目(N0.14125061)；武汉工程大学研究生创新基金(NO.CX201127)传热传质学论文编号:1233011在实际数值模拟过程中，无法模拟无边界限制的流动。Sohankar[,21[13]等对单列方柱绕A流进行了数值计算，研究结果表明，当仙20时，手的增犬戒计篦结果影血较小；肖厶必5乩DDLD>\5B时，上游和下游距离的增人对计算结果的彩响小于1%。为了进一步降低边界对流动的影响，计算模型的宽度上游距离G下游距离b分别取203,153和24B,B为方柱尺寸。本文采取的计算网格为四边形结构性网格，网格尺寸为470x270,并在方柱樂血附近处进行网格加密。1.2控制方程计算过程中，钝休绕流问题的控制方程是粘性不可压缩MS方程。在直角坐标系卜,连续性方程和动量方程分别为：dudx乎+"学U字"丄乎+〃(学+聖)(2a)dt8xdypdxox^dy^¥+“竽+v寥一丄fS(竽+兽)(2b)dtdxoypdydx^dy^式中，u,v为流体速度的沿x,y坐标的分量，m/s;p为流动介质密度，kg/m3;ij为流动介质的的动力粘度,kg/m•so方柱周围的流场利用Fluent的PISO耦合求解器求解,采用层流模型，对流项用QUICK格式离散，扩散项采用二阶中心差分格式离散。1.3边界条件入口：御UDF自定义脉动流速度入口(Velocityinlet),U=/“(1+Asin(2对/),A为无量纲脉动振幅，心为脉动频率，Hz,久】为周期平均速度，m/So出口：认为在出口处流动充分发展，釆用压力岀口边界条i-|(Pressureoulet),压力设定为零。方柱表而：定义为壁而(Wall)。通道上下表面：定义为壁血(Wall)。2.结果与讨论u=umx(l+Ax2n^)A--Lu(1)图1计算模型--为了进一步分析和讨论计算结果，定义以下无量纲参数，雷诺数屉和Sthouhal数Sf分别定义为(3)St=Um(4)其中/为漩涡脱落频率，Hz.2.1均匀流方柱绕流对于方柱绕流，流场特...