数值模拟圆柱统流旋涡生成_分离及演化
圆柱绕流的数值模拟
圆柱绕流的数值模拟张玉静 20070360204 过控（2）班化工与能源学院摘要:使用计算流体力学软件FLUENT,模拟均匀来流绕固定圆柱的流动,模拟雷诺数为5，20,40,100时的绕流流动,得到流场的流函数等值线图和速度矢量图。
计算结果表明:当雷诺数增加时,流动表现出一系列不同的构造。
当Re=5时，流动不发生分离,其后未形成旋涡，当Re=20,40,100时，流体发生分离，其后形成旋涡，且旋涡随着Re的增大而增大。
利用计算流体力学软件FLUENT可以成功地模拟圆柱绕流问题,反映出流动特性。
关键词:圆柱绕流；FLUENT；雷诺数Abstract:Uniform flow around a mounting cylinder is simulated with the application of FLUENT software while Reynolds number is 5,20,40,100. Stream function and velocity vector distributions are indicated. The results show that a series of construction appears as Reynolds number increases. When Re is 5, Flow separation does not occur, and it does not form vortex . When Re is 20,40,100, Flow separation occurs, and it forms vortex. V ortex increases with the increase of Re. Using computational fluid dynamics software FLUENT can successfully simulate flow around cylindrical, reflect the flow characteristic.Key words：Flow around a circular cylinder；FLUENT；Reynolds number1 圆柱绕流理论分析研究的状况一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟对象。
圆柱绕流的fluent数值模拟-算例演示
Fluent运算
（13）迭代计算 执行File →Write →Case&Date命令，弹出Select File对话框，保存为streaming.case和 streaming.data。选择Solution →Run Calculation选项，打开Run Calculation面板；设置Number of Iterations为2000；单击Calculate按钮进行迭代计算。
Fluent运算
（9）设置求解松弛因子 单击导航栏中的Solution Controls项，打开Solution Controls面板，可以设置求解松弛因子，以 控制收敛性和收敛速度，面板中相对应的松弛因子都设为0.1。
Fluent运算
（10）设置收敛临界值 单击导航栏中的Monitors项，打开Monitors面板，双击Monitors面板中的Residuals-Print，Plot 选项，打开Residuals Monitors对话框，保持默认设置，单击OK按钮完成设置。
创建几何模型 Create a geometric model
（11）保存几何文件 File选择Geometry选择Save Geometry As，保存当前的几何文件为Vertex.tin。
创建几何模型 Create a geometric model
（12）定义网格尺寸 首先定义全局网格尺寸。定义Scale factor=1.0，Max Element=50，其余参数保持默认。
Fluent运算
（14）计算结果后处理分析 3>压力场和速度场 单击Graphics and Animations面板中的Vectors选项，弹出Vectors对话框，Scale设置为2，单击 Display按钮，弹出速度矢量云图窗口。
高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟_廖俊
A辑第16卷第1期 水动力学研究与进展 Ser.A,V ol.16,N o.1 2001年3月 JOURNAL OF HYDRODYNAM ICS M ar.,2001文章编号:1000-4874(2001)01-0101-10高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟廖 俊1, 景思睿2(1.华中理工大学能源科学与工程学院,湖北武汉430074;2.西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049) 摘 要: 本文使用表面涡法研究高雷诺数下不同排列方式双圆柱绕流的流动状态。
计算了双圆柱在并列、串列及级列的情况下的各种流动结构,涡街的变化及作用在圆柱上的受力情况。
本文结果清楚地描述了双圆柱绕流复杂的流动状况,计算结果与实验显示的流动状况十分相似,斯特罗哈数和阻力系数与实验结果符合得很好。
关 键 词: 表面涡方法;圆柱绕流;数值模拟;涡街中图分类号: O357.1 文献标识码:A1 引言对多圆柱的绕流研究在工程实际中有很重大的意义,例如管束的热交换,反应堆,高大建筑物,海洋平台及桥梁等。
当流体流过圆柱体时,由于涡的脱落,使圆柱体上产生交变作用力。
这种作用力导致柱体的振动及材料的疲劳,而使结构损坏,产生严重的后果。
如水电站的蒸发塔,就曾经由于安装位置不正确,导致多个塔之间强烈影响、振动并使塔损坏,悬索桥也发生过类似事例,悬索共振而使桥倒塌。
由于多个柱体流动状况复杂、多变,导致对于柱体上作用力大小和方向极其复杂,实验测量非常困难,在实际工程中就需要用数值模拟的方式确定其流动状况,估计出柱体上的作用力大小、方向,以便工程参数的确定。
在多圆柱绕流研究中最多的是双圆柱绕流,双圆柱绕流按圆柱的不同排列方式可以分为三类:串列,两圆柱相对来流方向呈前后排列;并列,两圆柱相对来流方向呈并排排列;级列,两圆柱呈前后交叉排列。
对于柱体绕流的数值模拟方式可以分两大类,一类为网格法,另一类为无网格法。
网格法主要有有限差分法、有限元法。
柱状气液分离器数值模拟
柱状气液旋流分离器数值模拟柱状气液旋流器具有体积小、处理能力大、有效分离小体积气泡、分离速度快、分离效果稳定等优点，具有广阔的应用前景。
根据油气田采出液的特点，确定旋流分离方案，检测分离气体效果。
采用混合模型对多相流动进行处理，得出了气液两相流场的分布规律和分离特性。
本文以常规气液分离器为研究对象，进行计算仿真。
利用CFD方法，采用流体力学分析软件FLUENT对分离器内部流场进行了研究和分析。
离心式气液分离器是依据离心分离原理实现相间的分离，具有结构简单、能耗低、重量轻、应用方便等优点。
旋流分离器作为一种新型的净化处理装置，其结构简单、分离效率高、处理量大、经济效益好，成为气- 液两相分离研究的新课题和新热点。
文中用流体动力学软件Fluent对旋流分离器内部流场进行了数值模拟研究，在模拟过程中，采用k-epsilon（2eqn）方程来模拟气相旋流流动。
模拟结果表明，旋流分离器内部流场呈旋转分布，分为内、外两个流场，在不同流动区域，气体压力场、速度场分布成规则变化；液滴的运动较为复杂，带有随机性；总体运动轨迹的形状与气相流场的分布趋于一致。
1 几何模型数值模拟采用的气液旋流分离器模型如图1所示，轴向筒长1.6m（不包括两端的出口长度），入口直径60mm，气体出口直径60mm，液体出口直径60mm，分离器主体筒径为300mm。
图1 重力式旋流分离器实体模型图2 旋流器网格图2 数学模型的建立及基本方程为了建模需要，对分离器内部流场进行了理想简化，做出如下假设：①理想边界假设：认为分离器内腔壁是物理意义上的光滑无粘壁，即粘度系数为零。
②稳定性假设：在分离器工作过程中流态为定常流。
③动量守恒假设：在流体流动过程中流体瞬时的角动量守恒。
④分散向粒子模型：假定气体均为球状，并在旋流分离的过程中不发生破碎。
⑤相混合假设：假定流体在入口处分散相均匀分布于连续相液体中。
并在分散相粒 子浓度低于10%时，忽略分散相粒子间力的作用。
圆柱绕流——精选推荐
二维圆柱绕流摘要:采用有限体积法求解二维N-S 方程，对雷诺数1,10,100的二维圆柱非定常流场进行了数值模拟，对比各雷诺数下其流动情况发现，在Re=1时，圆柱上下游的流线前后对称，此Re 数范围的绕流称为斯托克斯区；随着Re 的增大，圆柱上下游的流线逐渐失去对称性。
当Re=10时，沿圆柱表面流动的流体在到达圆柱顶点（90度）附近就离开了壁面，分离后的流体在圆柱下游形成一对固定不动的对称漩涡（附着涡），涡内流体自成封闭回路而成为“死水区”；随着Re 的增大，死水区逐渐拉长圆柱前后流场的非对称性逐渐明显，此Re 数范围称为对称尾流区。
圆柱下游流场不再是定常的，圆柱后缘上下两侧有涡周期性地轮流脱落，形成规则排列的涡阵，这种涡阵称为卡门涡街。
1. 圆柱绕流研究圆柱绕流是一个经典的流体力学问题，流体绕圆柱体流动时，过流断面收缩，流速沿程增加，压强沿程减小，由于粘性力的存在，，就会在柱体周围发生边界层的分离，形成圆柱绕流。
圆柱绕流现象比较复杂，因此，对圆柱绕流研究具有重要的基础理论意义。
研究圆柱绕流问题在工程实际中也具有非常重要的意义。
如水流对桥梁、海上钻井平台支柱、海上输运管线、桩基码头等的作用中，风对塔设备、化工塔设备，高空电缆等的作用中，都有着重要的工程应用背景。
因此，对圆柱绕流进行深入研究，对其流动机理进行分析，不仅具有理论意义，还有明显的社会经济效益。
2. 数值方法因为本文主要求解雷诺数Re=1,10,100时的圆柱绕流情况，需要求解二维非定常不可压的N —S 方程组：本文采用有限体积法对上述微分方程进行离散，然后用SIMPLE 算法对离散方程进行求解，计算中时间推进采用二阶隐式格式，空间离散采用三阶精度的QUICK 格式。
控制方程如下：0j ju x ∂=∂ (1)1()()j i j i j j j ju u p u u t x u x x νρ∂∂∂∂∂+=-+∂∂∂∂∂ (2)3. 网格划分及模拟工况3.1计算网格计算的区域大小为上游边界距圆柱圆心为2.5D ，下游边界距圆柱圆心10D ，顶部和底部边界距圆柱圆心2.5D ，如图1所示。
圆柱绕流的非定常数值模拟(华北电力大学-耿新强)
1.2.1 圆柱绕流机理 ......................................................................................2 1.2.2 圆柱绕流的国内外研究进展 ..............................................................9 第 2 章 软件概述 .....................................................................................................11 2.1 GAMBIT 简介 ................................................................................................11 2.2 FLUENT 软件简介 .........................................................................................12 2.2.1 模拟能力 ............................................................................................12 2.2.2 求解步骤 ............................................................................................13 2.2.3 求解方式 ............................................................................................13 2.3 Tec plot 后处理软件......................................................................................14 第 3 章 圆柱绕流的非定常数值模拟 .......................................................................15 3.1 湍流模型以及数值模拟的方法 ...................................................................15 3.2 湍流的基本方程 ...........................................................................................17 3.3 圆柱数值模拟步骤与方法 ...........................................................................17 3.3.1 网格的划分即计算区域的离散 ........................................................18 3.3.2 边界条件与收敛准则 ........................................................................19 3.3 对数值模拟结果的分析 ...............................................................................21 3.3.1 计算结果云图显示 ............................................................................21 3.3.2 圆柱绕流的阻升力系数的确定与分析 ............................................26 第 4 章 结论及展望 ...............................................................................................27 参 考 文 献................................................................................................................28 致 谢..........................................................................................................................29
圆柱绕流理论研究和数值模拟
圆柱绕流理论研究和数值模拟摘要：在生活中,绕流问题随处可见，河水流过桥墩长期以来物体绕流问题是我们学者研究和分析的热点问题，其中最典型的是绕流圆柱体的现象是卡门涡街。
应用CFD方法求流体力学的经典问题。
电脑的数值模拟方法的优点在于能够不受物理模型和实验模型的基本条件限制，有较好的灵活性，经济性，适应性，能够很好地处理现实的问题。
本课题利用软件FLUENT通过应用连续性方程和动量方程求解层流状态下，固定的圆柱体绕流问题，分别得到二维圆柱的周围流场流，速度矢量图，速度涡量图，求出其对应的阻力系数，把已有的模拟结果和理论研究结果进行比较，得出准确的绕流问题的结论,将测得的数据与已有的文献结论相比较，得出层流在不同文献下结果不尽相同。
关键词:FLUENT；阻力系数；雷诺数1柱体绕流阻力研究1.1 圆柱绕流的基本参数雷诺数(O.Reynolds)描述粘性流体力学最重要也是最基本的参数，其他无量纲物理量必然依赖于Re数。
它反映了惯性力与粘性力的比值：(1-1)其中ρ为流体的密度，U、L分别描述流体的特征速度和结构物的特征长度；μ、υ分别为流体的动力学及运动学粘性系数；决定圆柱绕流流态的是雷诺数的值 ,雷诺数在300≤Re≤3×105范围内的称为亚临界区，此时边界层仍是层流分离，而尾迹中己经是湍流涡街了;当雷诺数增加到3×105≤Re≤3.5×106时为临界区，边界层从层流分离转化为湍流分离;而后当Re≥3.5×106时为过临界区，完全变为湍流分离[1]。
斯特鲁哈数(Strouhal number)St：斯特鲁哈数根据罗斯柯(A .Roshko)1954年的实验结果，它只于雷诺数有关，在大雷诺数（Re＞1000)它近似地等于常数0.21[2]。
它是描述圆柱绕流的一个非常重要的无量纲数：(1-2)U是的均匀来流速度,直径为D的静止柱体,泻涡频率为；升力系数(1ift coemcient)：(1-3)阻力系数(dragcoefficient)：(1-4)式中为作用于单位长度圆柱上的升力，为作用于单位长度圆柱上的阻力。
圆柱绕流的离散涡数值模拟
程 ，也 无 法 估计 其 精 度 ．只 能 借助 流 场 总 体量 与 实验
结 果 的 定量 比较 来 检 验 数 值 模 拟 的 正 确 性 和 收 敛 性 ； 二 是 很难 将 离 散 涡 方 法 应 用 到 复 杂 几 何 区域 中 的 流 场 ， 目前仍 然 仅 限 于 简单 的剪 切 流 动 ，如 平 面 混 合 层 和 射 流 等二 维 剪 切 流 动 的模 拟 ．本 文将 离 散 涡 方 法 应 用 于 多 圆柱 绕流 剪 切 流 动 的数 值 模拟 ，得 到 了一 系 列
１ 原理 与 方法
１ １ 基 本 方 程 ． 如 果 流体 的 密 度 和 黏 度 均 匀 并 且 只 受 到 无 旋 体
有 限 数 目的 离散 涡 ，用 来 代表 局 部 有 旋 区 域 的连 续 分
布 的 涡量 ， 通过 计 算 离 散旋 涡 的成 长 、卷 起 及 脱 落 的 复 杂演 化 过 程 以 实现 对 整个 流 场 的 数值 模 拟 ．该 方 法 的 主要 特 点是 采 用 Ｌ ｇａｇ 方 法 来 模拟 流体 的运 动 过 ａ ｒｎ ｅ 程 ，物 理 量并 非 在 网格 点之 间进 行传 输 ，而 是 随 涡 元 在 流 场 中的 位置 变 更 而发 生 对 流 扩散 ， 因此 它 不 用 计 算 网格 ，不 必 加 入 人 为 的边 界 条 件 ．应 用 离 散 涡方 法 时 ，涡 量聚 集 的 区域 涡 单 元 就 多 ，反 之 涡 单 元 就 少 ， 具 有 良好 的 自适 应性 ． 当流 动 有分 离 时 ，可 以让 新 生 涡 从 分 离点 产 生 并进 入 流 场 来 模拟 分 离 现 象 ， 因此 离 散 涡 方法 模 拟 高 Ｒ ｎ ｌ 数 （ 数 ） 离 流 动 问题 具 有 ｅｏ ｓ ＆ ｄ 分 很 强 的 优 势 ．应 用 于 绕 流 问 题 时 ， 可 以 避 免 网 格 对 数 的 限 制 ， 实 现 很 高 ＆ 数 下 的 计 算 ．到 目前 为
离体小结构诱导涡抑制圆柱绕流流动分离的数值模拟
第37卷,总第213期2019年1月,第1期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.37,Sum.No.213Jan.2019,No.1离体小结构诱导涡抑制圆柱绕流流动分离的数值模拟秦宏伟1,2(1.上海理工大学能源与动力工程学院,上海 200093;2.上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海 200093)摘 要:以圆柱绕流为代表的钝体绕流是工程实践中非常普遍的流动现象,推迟和抑制圆柱尾部涡脱落是流体力学研究的热点之一。
在Re =100下,本文模拟了在圆柱附近加装两个对称的微小圆柱后的圆柱绕流,探究对称控制微小圆柱安装位置和直径对圆柱绕流的流场和整个系统的升阻力系数的影响。
数值模拟结果表明:在圆柱附近加装对称控制的微小圆柱后,圆柱附近存在一个有效流动控制区域,且该区域的范围随着对称控制微小圆柱直径的增大而减小;在有效的流动控制区域内,添加对称控制的微小圆柱后,整个系统的升力幅值和时均阻力都减小,圆柱气动性能明显改善;在有效的流动控制区域外,添加对称控制小圆柱后,整个系统的升力幅值和时均阻力都增大,圆柱气动性能变差。
关键词:圆柱绕流;对称的控制微小圆柱;诱导涡;有效的流动控制区域;升阻力系数中图分类号:TK89 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2019)01-0013-08收稿日期 2018-09-02 修订稿日期 2018-10-28基金项目:国家自然科学基金(51536006);上海市科委科研计划项目(17060502300)作者简介:秦宏伟(1993-),男,硕士研究生,主要从事流体机械研究。
Numerical Simulation of the Induced Eddy by in Vitro Tiny Structure Suppresses Flow Separation for Flow Around Circular CylinderQIN Hong -Wei 1,2(1.School of Energy and Power Engineering,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China;2.Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transferin Power Engineering,Shanghai 200093,China)Abstract :A flow around bluff body represented by flow around circular cylinder is a very common phe⁃nomenon in engineering practice.Delaying and suppressing the cylindrical tail vortex shedding is one of the hot topics in the study of fluid mechanics.This paper simulates the flow around a cylinder with two ti⁃ny symmetrical control cylinders installed near the cylinder at Re =100,exploring the influence of the in⁃stallation position and diameter of the two tiny symmetrical control cylinders on the flow field and the lift and drag coefficient of the whole system.The numerical results suggest that:after installing the tiny sym⁃metrical control cylinders near the cylinder,there is an effective flow control area around cylinder and the scope of the area decreases along with the increase of the diameter of the control cylinders.Within the ef⁃fective flow control area,the lift amplitude and the time -averaged drag of the whole system are reduced·31·Copyright ©博看网. All Rights Reserved.when adding the tiny symmetrical control cylinders,which means that the aerodynamic performance of the cylinder is improved significantly.Outside the effective flow control area,the lift amplitude and the time-averaged drag of the whole system is increased when adding the tiny symmetrical control cylinders, so that the aerodynamic performance of the cylinder becomes to deteriorate.Key words:flow around circular cylinder;tiny symmetrical control cylinders;induced eddy;effective flow control area;lift and drag coefficient 流体流过钝体时会在物体表面形成粘性边界层,在一定雷诺数下边界层会发生分离,形成周期性的漩涡脱落———卡门涡街。
二维圆柱绕流数值模拟 论文
目录摘要 (2)ABSTRACT (3)1、绪论 (4)1.1前言 (4)1.2计算水动力学介绍 (4)1.3 本论文的研究目的和主要工作 (8)2、数学模型 (9)2.1基本参数 (9)2.2控制方程 (10)2.3各雷诺数对应的计算模型 (11)3、数值计算 (11)3.1物理模型的建立 (11)3.2 网格的划分 (13)3.3数值的计算 (19)3.3.1边界条件 (19)3.3.2计算对象 (19)3.3.3计算区域的选择 (19)3.3.4离散格式及求解 (19)3.3.5图像的后处理 (20)4、结果分析比较 (20)4.1非定常流情况下的各雷诺数圆柱绕流 (20)4.1.1物理模型1的二维圆柱绕流 (20)4.1.2物理模型2的二维圆柱绕流 (27)4.1.3物理模型3的二维圆柱绕流 (30)4.2雷诺数对二维圆柱绕流的影响分析 (33)4.3其他变量下的圆柱绕流 (34)4.3.1网格变密的二维圆柱绕流 (34)4.3.2半径变大的二维圆柱绕流 (37)4.3.3双圆柱的二维绕流 (40)4.3.4加隔板的二维圆柱绕流 (42)4.4其他参数对二维圆柱绕流的影响分析 (43)5、结论及展望 (44)参考文献 (45)致谢 (47)附译文 (48)二维圆柱绕流数值模拟邱琪（浙江海洋学院船舶与建筑工程学院，浙江舟山 660901）摘要本论文应用CFD方法求解了海洋工程领域中的流体水动力学问题。
数值模拟方法的优点在于能够不受物理模型和实验模型的限制，有较好的灵活性，适应性强，应用面广，满足工程实际的需要。
本论文应用流体力学的一些基本方程，使用fluent软件，通过改变网格、空间等计算参数,求解了在层流状态下，二维非定常的固定圆柱绕流问题，包括单圆柱、双圆柱的绕流问题，正确地描述了物理现象，得到流场的流函数等值线图和速度矢量图，通过数值模拟的结果分析漩涡的运动和脱落，升、阻力系数值的变化,将所得结果数据以及结论进行了对比分析。
圆柱横向涡激振动数值模拟研究
圆柱横向涡激振动数值模拟研究摘要：以弹性支撑的刚性圆柱体为研究对象，基于k-w SST湍流模型对亚临界状态下的（Re=10000）圆柱横向涡激振动进行数值模拟，探讨单向流体对圆柱横向涡激振动的影响。
研究圆柱横向涡激振动现象的产生以及边界层对涡激振动的影响，同时观察该工况下圆柱尾流中漩涡脱落形态，从而验证已有的相关理论。
关键词：涡激振动；边界层；漩涡脱落1.引言圆柱涡激振动（V ortex-Induced Vibration，简称VIV）存在于实际工程中的许多领域，特别是随着海洋石油的发展，海洋管道涡激振动而疲劳失效问题越来越受到人们的关注。
过去的几十年，国内外许多专家学者对圆柱涡激振动进行了持续不断的研究，并取得了大量的研究成果。
Williamson & Govardhan.R [1-6]等人在其综述中对近些年来圆柱涡激振动研究所取得的进展做了详细的阐述。
本文通过将圆柱简化成二维的质量阻尼弹簧系统，建立数值模型，研究单向流动下圆柱横向涡激振动的动力响应及圆柱尾流场中漩涡脱落的过程。
基于CFX 软件，采用k-w SST湍流模型对亚临界状态下（Re=10000）圆柱横向涡激振动进行数值模拟研究。
2.控制方程2.1 流体控制方程粘性流动的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）连续性方程：其中：是流体密度；t表示时间；V表示笛卡尔坐标系下的速度向量场；u、v、w分别表示流体在x、y、z方向上的速度；表示笛卡尔坐标系下的向量算子2.2圆柱运动控制方程将圆柱简化成质量阻尼弹性系统，只考虑圆柱在垂直与流向的升力作用下，系统的控制方程：其中m为圆柱体的质量；c为结构系统的阻尼系数；k为弹簧的刚度系数；表示作用在圆柱上垂直于流向的力，即横向升力3.计算模型设定计算域的设定及网格模型如图3.1a所示，流体域的左侧为inlet边界，单向来流速度0.5m/s；右侧为outlet边界，出口平均压力为0Pa；流体域的上侧、下侧以及圆柱为无滑移wall边界；前后两个面设定为symmetry边界。
圆柱绕流的数值模拟研究
圆柱绕流的数值模拟研究圆柱绕流是流体力学中一个重要的问题，早在18th 世纪，物理学家Lagrange开始了对圆柱绕流的理论研究，而后人们又利用计算实验方法和计算机模拟技术，系统的研究了圆柱绕流的流动特性。
本文的目的是从大量的数值模拟实验结果出发，找出圆柱绕流的特性及其对不同参数的响应，从而为圆柱绕流设计提供依据。
首先，本文介绍了圆柱绕流的物理意义，以及数值模拟研究的基本过程。
圆柱绕流是指流经圆柱周围的速度受到围栏的影响，产生的涡流的组合，而且由于涡流的存在，流体的衍射和反射给流体带来了变化。
数值模拟研究是指用计算机对圆柱绕流的涡流组合和流体内部变化进行计算，从而得到流体流动的结果。
接下来，本文重点介绍了圆柱绕流的数值模拟研究，主要采用了基于平面流动计算和极坐标法的独特模拟方法，分析了圆柱绕流的流动特性，结果表明随着围栏尺寸的增大，流动的速度也会变大，而且当围栏受到一定的摩擦力时，流动的速度会受到一定的限制。
而且通过比较不同参数的模拟结果，还发现涡流的组合会受到不同参数的影响，比如粘性系数和温度的影响，这些结果将为圆柱绕流设计提供重要的参考。
其次，本文还对圆柱绕流的结构特性进行了深入的研究，利用可视化技术对不同参数下的绕流结构进行了详细分析，发现在给定围栏尺寸下，涡流的组合会随着温度增加而减少，流体的分布也会发生变化，在围栏尺寸较小时，涡流的组合会改变，流动的速度也会有明显的变化，而且涡流的组合会产生一定的横向分布，这些结果将为圆柱绕流的改善提供重要的参考。
最后，本文还探讨了圆柱绕流在实际应用中的优点，圆柱绕流的特点是改变尺寸和形状容易，节省空间，常用于空调系统的制冷设备或者温度控制的装置，并且由于涡流的产生，圆柱绕流可以改变温度分布，提高空调系统的效率，也可以用于控制汽车的排气。
综上所述，圆柱绕流的物理意义及其特点，以及数值模拟研究的基本过程和步骤，以及圆柱绕流的流动特性和可视化技术，都提供了有力的支持，为圆柱绕流设计提供了重要的科学依据。
垂直交叉双圆柱绕流数值模拟及涡结构分析
第23卷 第1期空气动力学学报V ol.23,N o.1 2005年03月ACTA AER ODYNAMICA SINICA Mar.,2005 文章编号:025821825(2005)0120029206垂直交叉双圆柱绕流数值模拟及涡结构分析邓 见,任安禄,邹建锋(浙江大学力学系,浙江杭州 310027)摘 要:用分块耦合方法数值模拟了垂直交叉双圆柱绕流,两圆柱间距为圆柱直径的5倍,所取雷诺数为200。
在交叉结构的中心流场比较复杂,用λ2方法准确地描述了其中的三维涡结构,发现上游圆柱规则的卡门涡街被下游圆柱截断成复杂的缠绕结构。
与串列双圆柱相比,垂直交叉双圆柱绕流上下圆柱的升阻力特性、S trouhal数等都呈现出许多不同的特点,下游圆柱升力振幅小于上游圆柱,阻力平均值大于上游圆柱。
本文旨在模拟出这种特定间距下的流场涡结构以及圆柱升阻力特性。
关键词:垂直交叉双圆柱绕流;三维涡结构分析;分块耦合算法中图分类号:O357.1 文献标识码:AΞ0 引 言 对于双圆柱绕流问题,有大量的文献资料[5]进行研究,但是它们局限于并列、串列或交错放置的情况,这些位置下数值求解可以简化为平面模型,而垂直交叉放置的双圆柱绕流数值模拟很少有人涉及,只有一些实验数据可供参考。
对于垂直交叉双圆柱绕流问题,有学者进行过实验研究(文献[1]～[4]),F ox和T oy(1988,1990,1991)通过风洞实验,取Re=2×104,测量圆柱表面压力和流场速度,分析了垂直交叉双圆柱绕流中心区域的流动现象,文献中指出会出现两种基本的流动结构,这两种结构以3倍直径间距为临界间距。
Zdravkovich(1983,1985)研究了交叉放置双圆柱表面流动结构,认为整个垂直交叉的流场可以划分为两个特征区域,它们是:外区,这里的流动同典型的单圆柱绕流相似;内区,这是接近交叉区中心位置的高度三维性质的流场。
内区被强烈的二次流所主导。
流体力学Fluent报告——圆柱绕流
亚临界雷诺数下串列双圆柱与方柱绕流的数值模拟摘要：本文运用Fluent软件中的RNG k-ε模型对亚临界雷诺数下二维串列圆柱和方柱绕流问题进行了数值研究，通过结果对比，分析了雷诺数、柱体形状对柱体绕流阻力、升力以及涡脱频率的影响。
一般而言，Re数越大，方柱的阻力越大，圆柱体则不然；而Re越大，两种柱体的升力均越大。
相对于圆柱，同种条件下，方柱受到的阻力要大；相反地，方柱涡脱落频率要小。
Re越大，串列柱体的Sr数越接近于单圆柱体的Sr数。
关键字：圆柱绕流、升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数在工程实践中，如航空、航天、航海、体育运动、风工程及地面交通等广泛的实际领域中，绕流研究在工程实际中具有重大的意义。
当流体流过圆柱时 , 由于漩涡脱落，在圆柱体上产生交变作用力。
这种作用力引起柱体的振动及材料的疲劳，损坏结构，后果严重。
因此，近些年来，众多专家和学者对于圆柱绕流问题进行过细致的研究，特别是圆柱所受阻力、升力和涡脱落以及涡致振动问题。
立龙等[1]基于RNG k⁃ε模型，采用有限体积法研究了亚临界雷诺数下二维圆柱和方柱绕流数值模拟，得到了圆柱和方柱绕流阻力系数C与 Strouhal 数d随雷诺数的变化规律。
熊亮等[2]采用计算流体软件CFX中LES模型计算了二维不可压缩均匀流中孤立圆柱及串列双圆柱的水动力特性。
使用非结构化网格六面体单元和有限体积法对二维N- S方程进行求解。
他们着重研究了高雷诺数时串列双圆柱在不同间距比时的压力分布、阻力、升力及Sr数随Re数的变化趋势。
费宝玲等[3]用FLUENT软件对串列圆柱绕流进行了二维模拟，他们选取间距比L/D(L为两圆柱中心间的距离，D为圆柱直径)2、3、4共3个间距进行了数值分析。
计算均在 Re = 200 的非定常条件下进行。
计算了圆柱的升阻力系数、尾涡脱落频率等描述绕流问题的主要参量，分析了不同间距对圆柱间相互作用和尾流特征的影响。
圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。
应用LBM数值模拟圆柱振动绕流
拟 的结果与参考文献进行 了比较 ，结果表明 ，用此方法处理移动边界是可行的 。
关键 词 ：Ｌ Ｂ Ｍ ；圆柱 振 动 ；尾 涡 形态 ；频 率 比 ；移 动 边 界
中 图分 类号 ：０ ３ ５ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ４ ）０ ６ — ０ １ １ ２ — ０ ４
引言
行 的局域运 算 ，各 个节点 的信息在 多个处理器 之间的通 信也 极易优化 ，所 以Ｌ ＢＭ非常适合于并行计算 。
宏观物理量 当作微观 量统计平均的结果 。与传统 的计 算方法 相 比，Ｌ ＢＭ有３ 个重要特 ， （ １ ）算法简 单，用简单的线性运 算加上一个松弛过程 ， 就能模拟各种复杂 的非线性宏观现象 ；
（ ２ ）根据Ｌ Ｂ Ｍ 中 的 状 态 方 程 ，压 力 可 以直 接 求 解 ，而 传 统
பைடு நூலகம்
粒子速度 Ｃ 有九个方向 ，这 九个方向 由以下方程给 出
（ ｏ ， ｏ ） ，
ｃ
的计 算方法必须 花较大 的精 力去求解Ｐ ｏ ｉ ｓ ｓ ｏ ｎ 方程 或类似 的
方 程 才 能得 到 压 力 ； （ ３ ） 由于 Ｌ ＢＭ 的松 弛 迭 代 是 可 同步 进
收 稿 日期 ：２ ０１ ４ ． ０ ４ — ０ ６
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图１ 几 种 涡 脱 落 形 态 示 意 图
工程流体力学中涡旋的生成和演化研究
工程流体力学中涡旋的生成和演化研究涡旋的生成和演化在工程流体力学中是一个重要的研究课题。
涡旋是流体中的一种旋转结构，其对流体流动的影响非常显著。
了解涡旋的生成方式以及其演化规律对于工程流体力学领域的设计与分析具有重要的意义。
首先，我们来讨论涡旋的生成。
涡旋的生成可以通过不同的机制实现，其中最常见的是由流体中的悬浮物质或者流体中不稳定的界面引起的涡旋。
当流体中存在具有不同密度或者浓度的悬浮物质时，流体的运动会受到这些物质的影响而形成涡旋。
此外，当流体中存在不稳定的界面，如两种不同性质的流体交界面，流体的运动也会形成涡旋。
涡旋的演化是指涡旋的形态和运动特征随时间的变化。
涡旋的演化通常可以用涡旋的尺寸变化、旋转速度以及涡旋间的相互作用来描述。
在工程流体力学中，涡旋的演化研究可以帮助我们更好地理解流体的运动规律，优化工程设计以及预测流体中的各种物理现象。
涡旋的演化可以通过数值模拟和实验研究来进行。
数值模拟方法通过数值求解流体力学方程组，模拟流体的运动过程，可以直观地观察到涡旋的生成和演化过程。
而实验方法可以通过实验装置和测量技术来观察和记录涡旋的演化过程。
这两种方法相互结合可以更全面地理解涡旋的生成和演化规律。
在涡旋的演化过程中，涡旋之间的相互作用起着重要的作用。
涡旋之间的相互作用可以通过相互合并、分裂或者相互影响来实现。
当涡旋与相同旋转方向的涡旋相遇时，它们可能会合并成一个更大的涡旋，增加涡旋的尺寸和旋转速度。
相反，当涡旋与相反旋转方向的涡旋相遇时，它们可能会相互抵消，减弱涡旋的强度。
这种涡旋之间的相互作用在工程流体力学中的涡旋动力学的研究中具有重要的理论和实际应用价值。
除了研究涡旋的生成和演化规律之外，工程流体力学领域还需要关注涡旋对工程设计和流体流动的影响。
涡旋的存在会增加流体的混合程度，改变流体的速度和压力分布，甚至影响流体的稳定性。
在工程设计中，需要考虑涡旋对流体流动的影响，以避免流体流动中产生过大的能量损耗或者不稳定的流动现象。
超临界雷诺数下旋转圆柱绕流的三维大涡
超临界雷诺数下旋转圆柱绕流的三维大涡超临界雷诺数是指雷诺数大到足以引起流域渐进饱和形态的变化，同时又不足以引起湍流的不稳定涡流。
在超临界雷诺数下，流场的涡结构与传统的湍流涡结构有所区别。
旋转圆柱绕流是一种典型的流固耦合问题，其流动的结构复杂，涡的产生机制与控制一直是研究的热点和难点。
本文将探讨在超临界雷诺数下，旋转圆柱绕流形成的三维大涡的形态、演化、分析及其对控制和设计的启示。
1. 介绍旋转圆柱绕流是一种旋转圆柱所引起的流体旋转涡流，是流-固耦合问题的经典案例之一。
该问题的研究历史悠久，有大量文献关于其二维与三维的流动特性和涡结构的研究。
然而，在超临界雷诺数下，流场涡结构发生了根本性的改变。
在这种情况下，旋转圆柱绕流形成的三维大涡的演化规律、空间结构与径向分布、能量传输特性等方面的研究均尚未深入。
本文将通过模拟和分析的方法研究超临界雷诺数下旋转圆柱绕流的三维大涡。
首先，我们将简要介绍旋转圆柱绕流的二维和三维涡结构特征。
然后，我们将介绍计算方法和模型设置。
接着，将分析超临界雷诺数下旋转圆柱绕流的三维大涡的演化规律、空间分布、径向分布和能量传输特性。
最后，我们将探讨三维大涡对控制和设计的启示。
2. 二维和三维涡结构特征旋转圆柱绕流是一种二维和三维复杂流动。
在二维情况下，旋转圆柱会形成一系列涡街，包括交替旋转的旋涡和反旋涡。
当旋转速度逐渐增加，交替的旋涡和反旋涡会发生复杂的相互作用和变形，形成流场中的不稳定涡流，这种涡流被称为卡门涡。
在三维情况下，旋转圆柱绕流的涡结构复杂多变，包括涡漩、脱扣现象、长时间的涡动力学等复杂现象。
在超临界雷诺数下，旋转圆柱绕流的涡结构更加复杂，主要表现为三维大涡的形成。
3. 计算方法和模型设置为了得到旋转圆柱绕流的三维大涡，本文采用基于计算流体动力学（CFD）的数值模拟方法。
我们使用商用的CFD软件FLUENT进行计算，采用三维瞬态的navier-stokes方程和标准的k-epsilon湍流模型。
多圆柱绕流问题的数值模拟
多圆柱绕流问题的数值模拟多圆柱绕流问题是流体力学中的一个重要问题，它要解决的是多圆柱体系中流体态势的形成和变化。
多圆柱绕流问题的数值模拟主要包括以下几个方面：一、流体力学基本模型多圆柱绕流问题主要会涉及到流体力学、传热学和流变学，其中流体力学包括气体动力学、流变学和孤立层模型，而流变学更加广泛的涉及到多圆柱流动的稳定性、湍流特性、边界层特性等等问题的研究，也是多圆柱绕流问题的重要依据。
二、基于数值模拟的方法基于数值模拟的多圆柱绕流问题一般涉及到的方法有近似的解析法、无粘性和粘性流动模型、多尺度求解方法和计算流体力学模型等。
（1）近似的解析法近似的解析法主要是通过假定流体特性，分析出在多圆柱体系中全局分布和每个圆柱的流流动特征，进而获取整体解。
（2）无粘性和粘性流动模型无粘性和粘性流动模型也可以用于多圆柱绕流问题的数值模拟。
在这种模型中，液体就像是由独立的小球组成，当它们运动时，在圆柱与圆柱之间以及圆柱与它们围绕的壳体之间会产生阻力，这种阻力会影响流体在圆柱体系中的运动。
（3）多尺度求解方法多尺度求解方法是指在不同尺度上分别求解多圆柱绕流问题，并将这些结果进行综合，从而实现对整体流场的模拟。
（4）计算流体力学模型计算流体力学模型是通过对流体力学基本方程进行数值模拟，模拟出煤气绕流体系中全局分布特征和每个圆柱的流动特征，从而获得全局分布的流体动力学信息，最终得出多圆柱绕流问题的数值解。
三、结论多圆柱绕流问题的数值模拟是当今气体动力学领域的研究热点，其研究主要通过流体力学基本模型，以及基于数值模拟的近似的解析法、无粘性和粘性流动模型、多尺度求解方法和计算流体力学模型等，给出多圆柱绕流问题的数值模拟解，有助于更好更全面地理解和分析多圆柱体系中流体特性。
圆柱绕流数值模拟资料
圆柱绕流的数值模拟研究摘要：选取直径为D=10mm的圆柱及6D×3D的计算区域，利用GAMBIT进行模型的创建模型，对计算区域采用分块网格划分与结构化网格划分相结合的技术进行网格划分。
对0.03m/s~1.0m/s的低流速情况下的圆柱绕流进行模拟研究，结果发现在速度达到0.1m/s前圆柱后侧没有出现明显的漩涡，在速度大于0.1m/s后漩涡开始出现，当速度达到0.5m/s时漩涡的范围最大。
最后利用FLUENT的网格自适应技术对入口速度为0.5m/s的情况进行了网格加密，发现网格自动加密可以改进网格分布情况，但对计算结果的影响程度有限。
关键词：网格划分；圆柱绕流；涡量；网格自适应钝体绕流中尤其以圆柱体的绕流问题最为经典和引起人们的注意。
圆柱绕流属于非定常分离流动问题，在工业工程中的应用非常广泛。
圆柱绕流同时也是一个经典的流体力学问题，流体绕圆柱体流动时，过流断面收缩，流速沿程增加，压强沿程减小，由于黏性力的存在，就会在柱体周围形成附面层的分离，形成圆柱绕流。
而由于圆柱的存在，会在圆柱迎水面产生壅水现象，同时也增加了圆柱的受力，使得圆柱绕流问题变得十分复杂。
研究圆柱绕流问题在工程实际中也具有很重要的意义。
如在水流对桥梁、海洋钻井平台支柱、海底输运管线、桩基码头等的作用中，风对塔建筑、化工塔设备、高空电缆等的作用中，都有重要的工程应用背景。
因此，对圆柱绕流进行深入研究，了解其流动机理和水动力学规律，不仅具有理论意义，还具有明显的社会经济效益。
1数学模型与计算方法1.1几何模型结合本文研究目标，取圆柱直径D=10mm，计算区域为6D×3D的矩形区域，如图1所示。
上游尺寸1.5D，下游尺寸4.5D。
使用GAMBIT建模软件按照图1所示的计算域建立了二维的计算模型。
图1计算区域1.2网格划分及边界条件设置为提高模拟精度，计算区域采用分块网格划分与结构化网格划分相结合的技术。
计算区域共分两块，尺寸见图1所示。
速度剪切流中圆柱体绕流特性的数值模拟
速度剪切流中圆柱体绕流特性的数值模拟周强;曹曙阳;王通;周志勇【摘要】Three-dimensional direct numerical simulation (DNS) and large eddy simulation (LES) were performed to investigate aerodynamic forces on a circular cylinder in linear shear flow at Reynolds number of Re =60 ~1 000. The shear parameter β, which is based on the velocity gradient, cylinder diameter and upstream mean velocity at the center plane of the cylinder, varies from 0 to 0. 30. The changes of the stagnation point, separation points, and lift coefficients with the variation of shear parameter were studied. The results show that the stagnation point moves to the high-velocity side almost linearly with shear parameter, which mainly influences the aerodynamic forces acting on a circular cylinder in shear flow. Both the Reynolds number and shear parameter influence the movement of the stagnation point and separation point. The lift force increases with the increase of shear parameter and at the same time from the high-velocity side to the low-velocity side.%采用由速度梯度、圆柱半径以及圆柱中心平面上的来流平均速度定义的无量纲剪切参数β来描述速度剪切的强度.在雷诺数Re =60～1000范围内,运用三维直接数值模拟(DNS)和大涡模拟(LES)两种方法对速度剪切流中的圆柱体的绕流特性进行了数值模拟.研究了驻点、高速和低速两侧分离点、圆柱表面压力分布以及不稳定尾流结构随剪切参数的变化及其对雷诺数的依赖性,从而得到了剪切流中圆柱体的气动力以及脱落特性,并对其机理进行了详细探讨.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2012(031)010【总页数】5页(P118-122)【关键词】气动力;剪切参数;直接数值模拟;大涡模拟;升力系数【作者】周强;曹曙阳;王通;周志勇【作者单位】同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092;同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU352.2自然界的风场主要有良态风场和特异风场。