圓柱亞臨界-臨界-超臨界流動特性的大渦亞格子模型比較研究*

祝志文　鄧燕華

(湖南大學土木工程學院, 長沙　410082)

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圓柱亞臨界-臨界-超臨界流動特性的大渦亞格子模型比較研究*

祝志文?鄧燕華

(湖南大學土木工程學院, 長沙410082)

為獲取圓柱在亞臨界、臨界和超臨界區內的氣動特征,基于大渦模擬并分別采用Smagorinsky亞格子尺度模型和動力亞格子尺度模型計算了Re=4.1×104～8.2×105內的繞流場.將獲得的圓柱定常與非定常氣動特性與相關文獻進行了對比.研究表明,兩種亞格子模型均能給出圓柱升力系數平均值、RMS值和渦脫St數的合理估計,能預測阻力系數的下降.但兩種亞格子模型均無法準確預測臨界區阻力系數的快速下降、不同Re數下壓力系數平均和RMS值在圓柱表面的分布.在臨界和超臨界區,Smagorinsky亞格子尺度模型可能高估了亞格子湍流粘性；相反,動態亞格子模型可能在流場部分區域明顯低估了亞格子湍流粘性.

Smagorinsky模型,動態亞格子模型,氣動特性,臨界區

引言

土木工程結構如主纜、橋墩、拉索和吊桿,以及電視塔、桅桿、煙囪和冷卻塔,甚至一些超高層建筑都具有圓形截面特征.這些工程結構不僅會受到流體的靜荷載作用,產生內力和變形,甚至可能會在周期性流體動力作用出現大幅振動現象.雖然圓柱形截面外形簡單,但其繞流形態如分離點位置(θs)等隨Re數的變化而不斷變化(見圖1),其氣動力和漩渦脫落表現出很強的Re數效應[1],其流體動力學特性遠比具有尖銳棱角的鈍體截面復雜.一般認為,在2×105

圖1　圓柱流動特性的Re數分……