圆柱绕流

摘要： 近壁串列双圆柱绕流是研究强化传热的典型模型之一,在动力工程领域有着广泛的应用。针对该模型中特有的流动传热特性进行了研究,重点分析了局部区域的强化传热机理。结果表明:壁面传热在两圆柱附近的区域出现不同程度的增强,在Re=400时第二个圆柱影响区域3≤x/D≤5的强化效果最好。进一步分析强化传热的形成原因,-1≤x/D≤1区域的强化传热主要由流动加速效应引起;3≤x/D≤5区域的强化传热主要由第一个圆柱尾流的低频自激振荡效应与流动加速效应的共同作用引起。深入研究这一共同作用,得出第二个圆柱附近的流动不稳定性与传热不稳定性的相互影响是局部强化传热的根本原因。

摘要： 采用阻尼网数值模型和改进的延迟脱落涡(IDDES)湍流模拟方法,计算了阻尼网用于控制圆柱流动和噪声的场景,研究了阻尼网的控制机理和规律。计算中,阻尼网呈圆弧形,放置于圆柱之前,探索了不同开孔率的影响。阻尼网能够通过影响圆柱的分离区和涡脱特性来影响振动和噪声辐射。开孔率为0.55时,阻尼网可以消除由圆柱涡脱引起的主导频率振动,极大降低下游尾迹区的湍流脉动,无量纲湍动能最大值从0.19降到0.09。在远场噪声方面,该阻尼网能在90°方向降低总声压级3.5 dB。

摘要： 针对相同介质中不同比例的圆柱模型绕流噪声特征频率的相似性问题以及不同介质中相同圆柱模型绕流噪声特征频率的相似性问题进行研究。根据已有条件,制作了直径为19mm与38mm的圆柱模型,设定五种不同风速工况进行相同介质、不同比例模型的风洞试验;采用数值计算的方法,对设定两个空气-水相似组进行了圆柱绕流噪声的计算。从圆柱绕流噪声特征频率的角度出发,对同介质不同比例模型、异介质相同比例模型的流噪声相似性进行了初步探索。

摘要： 本文基于CFD软件分析了二维圆管流道内的圆柱绕流问题。通过选取k-w和k-ε湍流模型,分析了两种湍流模型在计算圆柱绕流时的差异。结果显示在k-w能够更为准确地捕捉到涡脱落过程,St数与理论值相差不超过1%;而k-ε模型误差较大,达到10%以上。对比了定常和非定常k-w模型的区别,发现定常计算时无法捕捉到涡脱落的过程,流场趋于稳态,计算快速收敛。对比了不同雷诺数下k-ε和k-w模型对涡脱落的捕捉能力,k-w模型在低雷诺数时能够成功捕捉涡脱落过程,而k-ε模型则相反。

摘要： 由深圳市赛格广场大厦在低速风场作用下的强烈有感振动事件可知,高质量比系统的振动问题仍较突出。为澄清涡激振动中的高质量比效应,该文采用一种锐利界面浸入边界法,通过C++编程计算了低雷诺数(Re=80~150)流场中,不同高质量比(m*=14.8~280)、阻尼比(ζ=0.0012~0.036)和质量-阻尼比组合m*ζ对涡激振动的影响。结果表明:通过与文献和实验结果的对比,验证了该方法的准确性和有效性;在高质量比情况下,Re<100时,结构发生"弱锁定"现象,Re=100~130时,发生传统的"锁定"现象,且发生共振时Re=110,位于锁定区间靠近Re数较小的一侧,当Re=130时,开始摆脱锁定,且升力与振动响应出现"相位突变"现象;m*、ζ对锁定区间的影响并不大,但是质量-阻尼比组合m*ζ相同时,质量比对涡激振动的影响更加显著,即质量比低的结构系统发生涡激振动时的锁定区间更广(Re=90~140),m*=14.8的高质量比系统比m*=148的较高质量比系统提高了1.67倍,而且共振时对应的雷诺数也减小;发生共振时,尾涡脱落均为"2S"模态,最大振幅均为0.5D左右,无太大变化,即高质量比和较高质量比对振幅和锁定区间的影响并不大,但是随着ζ的增加,振幅比Y逐渐减小,振动受到了抑制。

摘要： 针对经典圆柱绕流问题,采用深度强化学习方法,提出了基于壁面压力反馈的圆柱绕流减阻闭环主动控制方法,并比较分析了施加控制前后圆柱阻力系数、升力系数及流场的差异.控制系统中,以圆柱壁面上均匀分布的压力探针测得的信号作为反馈,利用多层感知机建立压强信号与吹/吸射流及控制效果的映射关系,即控制策略;通过在圆柱上下表面狭缝施加连续可调的吹/吸射流来进行主动控制.同时,利用深度强化学习中的近端策略优化方法,在大量的学习过程中对该控制策略进行不断调整和优化,以实现稳定减阻效果.在圆柱绕流流动环境搭建方面,采用格子Boltzmann方法建立与深度强化学习模型之间的交互式框架,模拟提取非定常流场条件下圆柱表面的压强信号,并计算实时调整吹/吸射流强度时圆柱表面升力、阻力数据,以评估所选控制策略的优劣.研究表明:雷诺数为100时,主动控制策略能减少约4.2%的圆柱阻力,同时减少约49%升力幅度;同时施加主动控制后圆柱的减阻效果与圆柱回流区长度呈现强相关趋势.此外,不同雷诺数下智能体习得的策略减阻效果不同,雷诺数为200和400时,该主动控制策略能依次减小圆柱阻力17.3%和31.6%.本研究可为后续开展基于壁面压力反馈的圆柱流动主动控制实验以及其他复杂环境下钝体流动智能控制提供参考.

摘要： 通过大涡模拟结合声比拟的方法,研究长方形截面扰流条对光滑圆柱气动噪声的影响。研究中光滑圆柱直径D=0.016 m,设置了四种扰流条圆柱工况,即扰流条高度直径比H/D分别为1/8,1/4,3/8和1/2。无扰流措施时,圆柱噪声源位于边界层分离点附近。在圆柱两侧设置扰流措施后,圆柱附近流域具有低湍流特性,大尺度涡结构的展向相关性被破坏,使圆柱表面压力脉动存在较大相位差;扰流条上游出现滞留涡结构,抑制了上游分离剪切层增长,降低了圆柱上下表面压力脉动。两机制共同作用抑制了圆柱绕流噪声。当扰流条高度直径比H/D=3/8时,降噪效果最好,在主要辐射方向上,音调噪声下降了18.17 dB。

摘要： 针对V沟槽结构抑制涡激振动(VIV)的问题,在Re=7.4×10^(3)的情况下,对光滑圆柱和表面带有V沟槽圆柱的尾迹进行了对比研究。建立循环水槽装置进行试验,并采用粒子图像测速(PIV)技术和正交分解(POD)方法,来测量和研究光滑圆柱和表面带有V沟槽圆柱的尾流特性。研究结果表明:相比于光滑圆柱,V沟槽圆柱的再循环区的长度分别延长了0.183D,0.432D,0.499D,这意味着V沟槽结构会影响旋涡的尺度;表面带有V沟槽圆柱的POD模态能量相比光滑圆柱都有所减小,其分别减少了4.91%,26.72%,29.98%,这说明V沟槽结构抑制了漩涡的脱落过程,延缓了涡街的形成;同时,V沟槽结构对POD模态系数的波动大小以及POD模态系数的相关性也有一定的影响。因此,使用POD方法研究V沟槽圆柱后流流动特性是可行的。

摘要： 本文针对高雷诺数下的圆柱绕流问题,以火焰熄灭为例进行了相关的实验研究.结果表明在一定范围内,火焰熄灭时间与障碍物直径、蜡烛与障碍物之间的距离、蜡烛燃烧速率成正比关系,与气流流速成反比关系.通过分析发现实验数据与理论分析一致,说明了文章的实验方法可行、结论正确,为深入研究圆柱绕流、火焰燃烧问题及二者之间的联系提供了重要支撑.

摘要： 为研究水下航行器尾流特征的影响因素。文中借助圆柱绕流模型对尾流进行了数值仿真分析,基于计算流体力学中的大涡模型,通过二维和三维的数值仿真分析了航行器与入口间距、航行环境深度和航行器直径对尾流特征的影响。仿真结果表明:航行器与入口之间的距离越大,受冲击流的影响,尾流横向分散且分离处扩散的面积增加,尾流的速度减小;航行器航行深度对水下航行器附近的尾流影响较小,尾流速度随深度增加而快速衰减;航行器直径越大,尾流“卡门涡街”特征越明显,对周围流体的速度分布影响范围越大,尾流的速度增加。

摘要： 本文对圆柱绕流在不同雷诺数下的流场分布与演化进行了二维直接数值模拟,并对不同雷诺数下的数值模拟的结果数据进行了分析.其中数值计算采用FLUENT软件进行计算,并利用MATLAB软件将空间定点的速度信号进行了功率谱分析、小波变换和Wigner-Ville分布分析.通过对不同雷诺数下的数值解结果进行分析,验证了动力学分叉理论在钝体绕流问题的正确性,并说明了流场在雷诺数逐渐增大时候动力学分叉对于流场形态和演化周期性的影响.通过对速度信号进行功率谱分析,得到了不同雷诺数下的基准频率.通过对速度信号进行的小波变换,以及流体动能信号的Wigner-Ville分布分析,得到了不同雷诺数下信号瞬时频域分布规律,本文的研究有助于对圆柱绕流尾迹流的非平稳信号特征的刻画.

摘要： 运用风洞实验的方法研究了来流马赫数为3.8,来流边界层为湍流边界层的超声速圆柱绕流流场.基于NPLS技术,对超声速圆柱绕流流场进行了实验研究,获得了高时空分辨率的超声速圆柱绕流流场图像,观察到超声速圆柱绕流的复杂波系结构,分析了超声速圆柱绕流流场的空间演化特征.结合空间两点相关性分析,研究了超声速圆柱绕流流场拟序结构的大小和角度的变化趋势,拟序结构的无量纲大小沿着壁面法向逐渐增加,其结构角的大小沿着壁面法向基本保持不变,沿着流向逐渐增大.

摘要： 在水槽中进行了合成射流控制圆柱绕流结构的实验研究.合成射流分别放置于圆柱前驻点、后驻点和分离点附近,采用标准正弦激励信号和可变吸吹比的新型激励信号诱导产生合成射流,分别基于虚拟气动外形效应、合成射流旋涡与剪切层直接作用以及合成射流旋涡与边界层作用三种机制实施控制.在三种控制方式下,合成射流均可以有效控制圆柱绕流流场,特别是诱导尾迹涡脱落模式发生变化.通过PIV对圆柱绕流全流场进行测量,研究了不同尾迹涡脱落模式的产生机制、演化规律、对应的流场特性及参数影响规律等,结果表明合成射流可以有效推迟流动分离、减小阻力以及抑制涡致振动.

摘要： 现实生活中许多圆截面结构的雷诺数在常规风速下处于高超临界状态.目前高超临界状态下圆柱绕流的研究很少.鉴于此,针对直径为5m的单圆柱进行数值模拟计算,分别进行了计算域大小、周向网格数、时间步长等计算参数的无关性检查,最终得到了高超临界状态下圆柱周围的流场分布.

摘要： 基于RANS方程及SSTκ-ω湍流模型,采用基于单元速度向量转化(EVVT)方法的TVD格式进行有限体积(FVM)离散求解,对不同振幅不同频率的圆柱受迫振动问题进行研究.首先对固定圆柱在雷诺数10000进行数值模拟,表明平均阻力系数、升力系数与斯托鲁哈数均与经典圆柱绕流实验结果吻合较好.然后对雷诺数10000,无量纲振幅A/D (D为圆柱直径)0.2～0.5,频率比f/fs (fs为固定圆柱泄涡频率)为0.5～1.6的圆柱受迫问题进行模拟研究.结果 表明数值模拟结果与已有的实验吻合良好.且在频率锁定发生前,升阻力随振动频率的增大而增大,当f/fs≈1.0,阻力达到极大值,升力骤增.随着振动频率的继续增加,阻力减小,升力则短暂减小后继续增加.

摘要： 基于OpenFOAM平台对雷诺数3900下的三维固定圆柱绕流和雷诺数30000下的三维圆柱受迫振动进行数值模拟,对湍流的模拟采用SA-DDES离散涡模型.针对三维圆柱绕流问题,采用PISO算法耦合求解速度-压力场,对圆柱绕流的基础参数如St数、平均阻力系数和平均升力系数等与试验进行了比较,结果吻合良好.针对三维圆柱受迫振动问题,采用PIMPLE算法耦合求解速度-压力场,对不同频率下振幅比为0.3的阻力系数、尾涡形态进行了计算,阻力平均系数与实验值相比吻合较好.

摘要： 动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)目前已经广泛用于分析多种复杂流动现象.尽管通过这种方法能够得到某些流动的主要模态和频率,但是将这些主要模态用于不稳定、强非线性流场的重构和动力学建模上依然存在困难.针对上述问题,本文提出一种DMD主要模态的挑选准则.对于任意非定常流动,可以通过各阶归一化DMD模态和时间系数乘积的叠加进行表示.因此,各阶DMD模态的重要性可以通过时间系数绝对值关于时间的积分进行排序.与标准DMD方法通过振幅进行模态排序相比,这个方法考虑到每个模态在整个样本空间的演化过程.随后本文通过研究雷诺数60的线性均衡段和过渡段圆柱绕流以及NACA0012跨声速抖振发展过程以验证该准则.结果表明提出的新的挑选准则可以优先得到主要的DMD模态,并且可以用更少的模态数目实现更准确的流场预测.此外,这个方法对于模态数的收敛性较好.

摘要： DES类方法的性能很大程度上由RANS-LES分区决定.为了评估SST-IDDES方法预测钝体绕流的性能,在采用高阶格式的基础上,对比分析了DES、DDES和IDDES方法在雷诺数3900的圆柱绕流典型大分离流算例中的表现并结合方法的RANS-LES分区特性进行研究.计算结果表明:基于SST模型的IDDES方法与实验数据总体吻合较好,在分区特性上有别于同类DES和DDES方法,其RANS-LES分区更多取决于壁面距离和网格尺度而与流场信息关系较小.RANS区主要在壁面附近,同时存在较小的WMLES区,与SA-IDDES方法类似.

摘要： 跨海大桥下部结构墩柱尺寸较大,绕流时雷诺数(Re=UD/v)处于1×106～1×107甚至更高范围,属于高临界区或超高临界区范围.既有研究表明,此时阻力系数CD及升力系数CL变化剧烈,准确计算CD、CL是准确计算墩柱受力的前提.本文采用数值方法针对大尺寸墩柱开展二维模拟分析,最终发现CD、CL主要由Re控制,圆柱尺寸对其影响较小,漩涡脱落频率及CD、CL的振幅与漩涡分离点有着密切关系.

摘要： 跨海大桥下部结构墩柱尺寸较大,绕流时雷诺数(Re=UD/v)处于1×106～1×107甚至更高范围,属于高临界区或超高临界区范围.既有研究表明,此时阻力系数CD及升力系数CL变化剧烈,准确计算CD、CL是准确计算墩柱受力的前提.本文采用数值方法针对大尺寸墩柱开展二维模拟分析,最终发现CD、CL主要由Re控制,圆柱尺寸对其影响较小,漩涡脱落频率及CD、CL的振幅与漩涡分离点有着密切关系.

摘要： 本发明公开了一种控制圆柱横向绕流的流动强化传热装置，包括散热器，散热器两端分别安装有上弹性振动器和下弹性振动器，正中心连接着振动的圆柱。通过控制上下弹性振动器从而控制圆柱的横向振动。本发明通过具有一定频率与振幅振动的振动器，显著增强了热壁面附近的换热能力，通过振动提高了热壁面附近的流体流动扰动程度，使得整体换热能力增强，从而达到利用振动实现散热器强化散热的目的。

摘要： 本公开涉及一种闭合空间圆柱绕流作用力分析方法及装置，所述方法包括：根据运动部件的工作状况、运动部件圆柱绕流段的结构参数和流体的性能参数，确定运动部件的开放空间内圆柱绕流受力的理论公式；根据闭合空间的物理参数、运动部件的结构参数、运动部件的工作状况和流体的性能参数进行闭合空间圆柱绕流三维数值仿真，对开放空间内圆柱绕流受力的理论公式进行修正，获得闭合空间圆柱绕流受力的三维仿真修正理论公式；根据三维仿真修正理论公式，确定运动部件的径向载荷。根据本公开的实施例的闭合空间圆柱绕流作用力分析方法，可将运动部件所受的三维作用力拟合成一维受力，使得对运动部件的受力分析简化，提升分析效率。

摘要： 本发明公开了一种缩放形圆柱绕流滴灌灌水器流道。该流道基于水力学中缩放管及圆柱绕流的流动机理而提出，流道单元由缩放形的扁柱体与内置其中的绕流圆弧形扁柱体构造而成，若干个单元依次连接成为整体，构成缩放形圆柱绕流滴灌灌水器的流道。本发明构造的滴灌灌水器流道，过流断面大，同时具有缩放管和圆柱绕流的水力特性，主流区水流紊动强烈，具有高效率的消能效果及固化物输运能力，从而增强了滴灌灌水器的抗堵塞性能及灌水均匀性。本发明能够构造多种结构形式的滴灌灌水器，可广泛适应于大田作物、蔬菜及林果业等灌溉的需求。

摘要： 本发明公开了一种多圆柱绕流实验装置，该装置包括圆柱体、矩形装配块A、矩形装配块B、测力传感器、圆盘；所述圆盘固定于水槽内，圆盘上开有若干用于固定圆柱体的螺纹孔；所述矩形装配块A固定设于圆柱体端部；圆柱体在圆盘上的固定方式有两种：1.测量圆柱体受力，矩形装配块B用于连接测力传感器和圆柱体，矩形装配块B一端和矩形装配块A和固定连接，另一端与所述测力传感器一端固定连接，测力传感器另一端与圆盘固定连接；2.不测圆柱体受力，圆柱体直接通过矩形装配块A与圆盘固定连接。所述实验装置可实现单柱到九柱的绕流实验，通过在圆盘上设置特定的螺纹孔可以实现改变来流方向与圆柱体之间的角度，从而研究不同流向角下圆柱体绕流实验。

摘要： 本公开涉及一种闭合空间圆柱绕流作用力分析方法及装置，所述方法包括：根据运动部件的工作状况、运动部件圆柱绕流段的结构参数和流体的性能参数，确定运动部件的开放空间内圆柱绕流受力的理论公式；根据闭合空间的物理参数、运动部件的结构参数、运动部件的工作状况和流体的性能参数进行闭合空间圆柱绕流三维数值仿真，对开放空间内圆柱绕流受力的理论公式进行修正，获得闭合空间圆柱绕流受力的三维仿真修正理论公式；根据三维仿真修正理论公式，确定运动部件的径向载荷。根据本公开的实施例的闭合空间圆柱绕流作用力分析方法，可将运动部件所受的三维作用力拟合成一维受力，使得对运动部件的受力分析简化，提升分析效率。

摘要： 本发明公开了一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置，包括插柱、偏心轴承、移动杆、支撑板、柔性面层和系杆；所述插柱转动连接在支撑板的内侧，所述偏心轴承呈螺旋式固定连接在插柱上，所述移动杆的一端固定连接在偏心轴承的外侧壁上，所述移动杆的另一端固定连接在系杆上，所述系杆远离移动杆的一端朝向柔性面层设置，本发明柔性面层运动可以在壁面形成“滚动轴承”效应，从而抑制了旋涡脱落，并降低了作用在圆柱表面的气动力。

摘要： 本发明公开了一种基于偏心椭圆柱绕流摆动低密度流体能量(海流能、风能、低水头水能)的利用方法及装置，该装置包括椭圆柱体(圆柱体)，与偏心转轴同轴安装的发电机，试验结果表明柱体的最佳短长轴比范围为b/a＝0.8‑1，转轴偏心距r越大，该方法和装置的能量转换效率越高。本发明增加清洁能源的利用，减少对化石燃料的依赖，有助于环境保护，提高低密度新能源的利用效率。

摘要： 本实用新型涉及消防技术领域，公开了一种感烟探测器的阵列圆柱绕流式防尘流道结构，包括光电迷宫腔体，光电迷宫腔体外侧设有与其连通的滤尘通道，滤尘通道中设有圆柱阵列，含尘空气通过圆柱阵列时其中的灰尘与圆柱体发生多次碰撞并沉积，同时空气或烟雾绕过圆柱体进入到光电迷宫中，既满足感烟性能，又可以防尘。

摘要： 本实用新型公开了一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置，包括插柱、偏心轴承、移动杆、支撑板、柔性面层和系杆；所述插柱转动连接在支撑板的内侧，所述偏心轴承呈螺旋式固定连接在插柱上，所述移动杆的一端固定连接在偏心轴承的外侧壁上，所述移动杆的另一端固定连接在系杆上，所述系杆远离移动杆的一端朝向柔性面层设置，本实用新型柔性面层运动可以在壁面形成“滚动轴承”效应，从而抑制了旋涡脱落，并降低了作用在圆柱表面的气动力。

摘要： 本实用新型涉及一种基于圆柱绕流原理的烟气颗粒物捕集装置，包括导流罩，导流罩的两侧连接有烟气管道，导流罩下方连接一灰斗仓，导流罩内设置有一绕流体。管道内的含尘烟气以高速度撞向绕流体，在绕流体的前方表面处，烟气被分流成两股，分别沿着绕流体的两侧曲面绕行到绕流体的后方，绕行到绕流体后方的部分烟气形成了大量的凌乱的烟气漩涡。在烟气运行方向被绕流体多次改变的过程中，烟气颗粒受惯性作用，从烟气气流的运行路径中脱离出来，动能减小，运行方向改变，并落入到下方的灰斗仓中。相比于传统独立设置的捕集装置，其不占用地面空间，这对于寸土寸金、用地拥挤不堪的工厂生产现场来说，是一种用地资源的巨大节约。