钝体流动控制的数值模拟研究

摘要

本文利用浸入边界-格子玻尔兹曼方法（IB-LBM）对带有弹性线的钝体绕流的流动控制问题进行了数值研究。在此将考虑两种工况：（1）带有两条弹性线的固定圆柱绕流情况（考虑弹性线质量M r，弹性线柔度wr，两弹性线连接角度α以及雷诺数Re的影响）；（2）带有两条弹性线的弹性支撑圆柱绕流情况（考虑弹性线质量M r，弹性线柔度wr以及连接角度α的影响）。两条弹性线在初始时刻相平行，且对称分布，两条弹性线的一端固定在圆柱尾部，其另一端随着流体自由拍动。
　　通过对结果分析得到如下结论：
　　（1）对于带有两条弹性线的固定圆柱绕流控制情况，研究发现当M r=0.5时，圆柱的升阻力系数变化很小，可以忽略弹性线质量对流场的影响。对于wr和α的影响，研究发现升力的振荡和平均阻力均低于单独圆柱的值。当 wr=0.6，α=90时，两弹性线能同时达到很小的升阻力系数和平均阻力系数。另外在本文所研究的 Re范围内，利用两弹性线的流动控制与流体粘性的相关性比较小。两弹性线可以实现流动控制的原因是在圆柱和弹性线之间涡的相互影响以及圆柱表面压力由于弹性线存在的重新分布。
　　（2）本文验证研究了在Re为200的情况下约化速度U r对于单独弹性支撑圆柱涡激振荡流场特性的影响。所得圆柱振动振幅Ymax/D随U r的变化情况与Borazjani和Sotiropoulos的结果基本吻合。对于带有两条弹性线的弹性支撑圆柱绕流控制情况，当弹性线质量M r＞0.1时，由于圆柱运动惯性和弹性线质量的双重影响，控制效果一般。对于圆柱振动振幅Ymax/D、平均阻力系数_Cd和升力系数最大振荡值△C1，能起到抑制作用且抑制效果最优的为Mr=0.1，α=60°，wr=0.5。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2钝体流动控制的国内外研究现状

1.3柔性体的研究现状

1.4本文的主要工作

1.5本文的内容安排

第二章 数值计算方法

2.1传统的浸入边界-格子玻尔兹曼方法

2.2一种基于隐式速度修正的浸入边界-格子玻尔兹曼法

2.3弹性线运动方程

2.4弹性支撑圆柱运动方程

2.5计算中所需要的无量纲量

2.6小结

第三章 带有弹性线的固定圆柱绕流流场特性的研究

3.1弹性线质量的影响

3.2弹性线柔度和两条弹性线连接角度的影响

3.3雷诺数的影响

3.4弹性线的流动控制机理

3.5小结

第四章 带有弹性线的圆柱涡激振荡流场特性的研究

4.1单独弹性支撑圆柱的涡激振荡

4.2带有两条弹性线的弹性支撑圆柱的涡激振荡研究

4.3小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文