基于CFD的5∶1方柱流場特性研究

摘要：寬高比為5∶1的矩形截面是典型的鈍體斷面，研究其流場特性具有重要意義。以5∶1方柱為研究對象，基于CFD數值模擬，采用RANS和LES 2種模擬方法對鈍體的流場特性進行了研究。研究結果表明：LES模擬方柱背風側的負壓強度較大，因此阻力系數較RANS模擬偏大。來流經過方柱迎風側，在兩端分離，在方柱上下表面形成兩個漩渦。RANS模擬的漩渦中心更靠近方柱迎風側，而LES模擬的漩渦中心更靠近背風側。

關鍵詞：數值模擬； CFD； 方柱； 流場特性； LES

中國分類號：U442.3+9A

［定稿日期］2022-04-11

［作者簡介］侯濤（1982—），男，碩士，副教授，研究方向為市政、橋梁、城市軌道設計與施工;劉妍妍（1987—），女，碩士，工程師，研究方向為結構工程。

0 引言

矩形斷面是典型的鈍體斷面，在房屋建筑和大跨度橋梁橋墩中都應用廣泛。而寬高比為5∶1的矩形斷面是空氣動力學研究的基準斷面之一，國內外學者通過風洞試驗和數值模擬等多種方法對其氣動特性進行了大量研究。Tamura等［1］通過三維模型對靜止的矩形模型進行了分析，同時也用二維模型對簡諧運動狀態下的矩形模型進行了分析研究。林思源等［2］通過風洞試驗的方法，研究了振幅對5∶1矩形斷面非線性自激力的影響。張士寧［3］采用大渦模擬的方法研究了矩形斷面的繞流特性和渦脫特性，并與風洞試驗結果進行了對比。

本文以5∶1方柱為研究對象，基于CFD數值模擬，采用RANS（雷諾平均法）和LES（大渦模擬）2種模擬方法對鈍體的流場特性進行了研究。

1 數值模型

1.1 二維RANS模擬

鈍體結構的雷諾數……