旋转圆柱绕流流场特性分析

摘要

对雷诺数Re=20 000～90 000、相对转速ɑ=0～0.72的旋转圆柱后方流场进行了实验测量,分析了旋转圆柱后方不同剖面处的速度分布规律和湍流度分布规律. 采用LES方法对旋转圆柱绕流问题进行了数值模拟,分析旋转圆柱周围流场特性和自由剪切层变化规律,最后通过理论模型对流场变化进行分析,得出如下结论:当圆柱逆时针旋转时,同一雷诺数下随着相对转速的增加,旋转圆柱尾迹区域下方速度突变处的位置随着相对转速的增加而上移,而上方速度突变处的位置不变,雷诺数的增加使旋转圆柱尾迹区域下方速度突变处位置有小幅度的下移. 通过数值模拟发现,圆柱旋转之后,圆柱后方下侧涡的位置明显上移,且幅度较大. 下方的自由剪切层有明显的上移,上方的自由剪切层位置变化较小. 最后通过理论分析发现,圆柱后侧下方涡位置的上移对圆柱升力影响十分显著,在高雷诺数、低相对转速的条件下,旋转圆柱后侧下方涡位置的改变对旋转圆柱的升力、尾流区自由剪切层的变化起到了重要的影响.