二维多圆柱以及存在自由液面的单圆柱绕流的研究与数值模拟

摘要

本文对二维三圆柱，以及存在自由液面的单圆柱绕流进行了研究。分析了在Re＝104附近的多个雷诺数和多个间距比情况下的流态和水动力特性。在二维三圆柱的绕流研究中，发现各个圆柱的升力系数曲线具有明显得多频性，出现了调幅振动的现象。这与徐昕（2002）在Re＝200时得到的结果相类似。本文还进一步研究了这个调幅振动随着间距比和雷诺数的变化而变化的规律。考虑到单个圆柱的绕流时圆柱受到的水动力特性具有清晰的单一正弦曲线性质。因此，本文采用多自由度耦合振动的理论对三圆柱绕流进行了理论上的建模和分析。发现在整个三圆柱绕流系统中，其水动力特性曲线含有三个主频率。当各个升力系数曲线出现调幅振动时，在每个圆柱中，通常只有其中一个频率占主导地位。中间圆柱的主导频率比两侧的主导频率要大。在理想的对称情况下，两侧圆柱的主导频率是相等的。利用推导出来的公式得到的升力系数曲线与利用数值模拟得到的结果吻合得相当好。在存在自由液面的单圆柱绕流的数值模拟结果中，圆柱后端形成一对水面凹陷，在一定的流动条件下，该凹陷也将象卡门涡街一样脱落，向下游运动。同时在圆柱下游一定距离处总是存在一个水面隆起，只是随着凹陷的脱落做微幅摆动。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

第二章 基本方程与数值算法

第三章 二维多圆柱绕流数值模拟结果与分析

第四章 多圆柱绕流相互作用分析

第五章 存在自由液面的三维圆柱

第六章 总结

参考文献

致谢