基于LBM-LES的三维串列多圆柱绕流尾涡结构研究

摘要

为了研究三维串联多圆柱绕流在不同圆柱间距比L/D(L为圆柱的间距,D为圆柱直径)情况下的尾涡结构,基于格子玻尔兹曼(LBM)方法,采用大涡模拟(LES)方法计算了高雷诺数下三维单圆柱及三维串联多圆柱在不同L/D情况下的尾涡流场。数值结果表明:LBM-LES方法可以较好地模拟出三维单圆柱以及串联多圆柱的尾涡结构;高雷诺数下单圆柱绕流尾迹变化具有不稳定性;串联多圆柱绕流存在临界间距比L/D=4,当圆柱间距比小于临界间距比时,圆柱间不会产生尾涡脱落;当圆柱间距比大于临界间距比时才会产生明显的涡脱落现象,且前方圆柱脱落的涡对后方圆柱有冲击作用,会对后方圆柱的升/阻力系数振动幅值有一定的影响;串联多圆柱绕流的上下游时均阻力系数曲线在临界间距比时会发生转折,呈逐渐增大趋势;当圆柱间距比小于临界间距比时,在下游圆柱前增加圆柱会对下游圆柱以及中游圆柱的时均阻力系数产生影响,而当圆柱间距比大于临界间距比时,在下游圆柱前增加圆柱对下游圆柱以及中游圆柱的时均阻力系数基本没有影响。