黏性非定常圆柱绕流的升阻力研究
黄钰期，邓 见，任安禄
（浙江大学力学系，浙江 杭州 ３１００２７）
摘要：对于单圆柱绕流问题，以前的分块耦合法一般将整个流场区域划分为八个子区域，同时每一子块的内部拟边界与相邻块重叠一层网格，且节点数一致，以便实现数据传递．这种分块方法紧贴圆柱面上也会有拟边界点，所以不利于以后的动网格计算．使用新的分块耦合求解方法来数值模拟单圆柱以及不同间距下的串列双圆柱绕流情况，克服了过去分块方法造成的边界附近的数值奇性问题．并将该方法扩展用于串列双圆柱绕流的数值模拟，研究分析了改变双圆柱中心间距对上下游圆柱的升阻力系数和脉动频率所产生的影响，为进一步研究涡致振动提供了依据．使用壁面涡量积分法计算升阻力系列化脉动，精确计算出了脉动周期和幅值，计算结果与实验数据符合较好．
关键词：圆柱绕流；串列双圆柱；涡脱落；升阻力系数；临界间距
中图分类号：Ｏ３５７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－９７３Ｘ（２００３）０５－０５９６－０６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｌｉｆｔ ａｎｄ ｄｒａｇ ｉｎ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｖｉｓｃｏｕｓ
ｆｌｏｗ ａｒｏｕｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ
ＨＵＡＮＧ Ｙｕ－ｑｉ， ＤＥＮＧ Ｊｉａｎ， ＲＥＮ Ａｎ－ｌｕ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７， Ｃｈｉｎａ ）Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ Ｎ－Ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｅｎｓｏｒ ｆｏｒｍｓ， ｗｈｉｅｈ ｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅ ｆｌａｗ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｏｌｄ ｍｅｔｈｏｄ． Ａ ｎｅｗ ｄｏｍａｉｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｖｉｓｃｏｕｓ ｆｌｏｗ ｐａｓｔ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ａｎｄ ｔｗｏ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ｉｎ ｔａｎｄｅｍ ａｒ－ｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅ ｏｌｄ ｐｒｏｇｒａｍ ｗａｓ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｎｄ ａｄｄｅｄ ｔｏ ｏｕｒ ｎｅｗ ｍｏｍｅｎｔｕｍ ｓｏｌｖｅｒ ｍｏｄｕｌｅ． Ｔｈｅ ｒｅ－ｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｄｅｐｅｎｄｅｄ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎ－ｄｅｒｓ， ａｎｄ ｙｉｅｌｄｅｄ ｓｏｍｅ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｎ ｖｏｒｔｅｘ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｖｏｒｔｅｘ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｗａｓｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐｕｔｅ ｔｈｅ ｌｉｆｔ ａｎｄ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｆｌｏｗ ｏｖｅｒ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｅｙｌｉｎｄｅｒ； ｔａｎｄｅｍ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ； ｖｏｒｔｅｘ ｓｈｅｄｄｉｎｇ； ｌｉｆｔ ａｎｄ ｄｒａｇ ｅｏｅｆｆｉｅｉｅｎｔ；ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃ
ｅ
黏性非定常圆柱绕流的升阻力研究
黄钰期，邓 见，任安禄
（浙江大学力学系，浙江 杭州 ３１００２７）
摘要：对于单圆柱绕流问题，以前的分块耦合法一般将整个流场区域划分为八个子区域，同时每一子块的内部拟边界与相邻块重叠一层网格，且节点数一致，以便实现数据传递．这种分块方法紧贴圆柱面上也会有拟边界点，所以不利于以后的动网格计算．使用新的分块耦合求解方法来数值模拟单圆柱以及不同间距下的串列双圆柱绕流情况，克服了过去分块方法造成的边界附近的数值奇性问题．并将该方法扩展用于串列双圆柱绕流的数值模拟，研究分析了改变双圆柱中心间距对上下游圆柱的升阻力系数和脉动频率所产生的影响，为进一步研究涡致振动提供了依据．使用壁面涡量积分法计算升阻力系列化脉动，精确计算出了脉动周期和幅值，计算结果与实验数据符合较好．
关键词：圆柱绕流；串列双圆柱；涡脱落；升阻力系数；临界间距
中图分类号：Ｏ３５７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－９７３Ｘ（２００３）０５－０５９６－０６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｌｉｆｔ ａｎｄ ｄｒａｇ ｉｎ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｖｉｓｃｏｕｓ
ｆｌｏｗ ａｒｏｕｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ
ＨＵＡＮＧ Ｙｕ－ｑｉ， ＤＥＮＧ Ｊｉａｎ， ＲＥＮ Ａｎ－ｌｕ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００２７， Ｃｈｉｎａ ）Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅ Ｎ－Ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｅｎｓｏｒ ｆｏｒｍｓ， ｗｈｉｅｈ ｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅ ｆｌａｗ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｏｌｄ ｍｅｔｈｏｄ． Ａ ｎｅｗ ｄｏｍａｉｎ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｖｉｓｃｏｕｓ ｆｌｏｗ ｐａｓｔ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ａｎｄ ｔｗｏ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ｉｎ ｔａｎｄｅｍ ａｒ－ｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅ ｏｌｄ ｐｒｏｇｒａｍ ｗａｓ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｎｄ ａｄｄｅｄ ｔｏ ｏｕｒ ｎｅｗ ｍｏｍｅｎｔｕｍ ｓｏｌｖｅｒ ｍｏｄｕｌｅ． Ｔｈｅ ｒｅ－ｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ａｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｄｅｐｅｎｄｅｄ ｓｔｒｏｎｇｌｙ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎ－ｄｅｒｓ， ａｎｄ ｙｉｅｌｄｅｄ ｓｏｍｅ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｎ ｖｏｒｔｅｘ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｖｏｒｔｅｘ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｌｌ ｗａｓｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐｕｔｅ ｔｈｅ ｌｉｆｔ ａｎｄ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｆｌｏｗ ｏｖｅｒ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｅｙｌｉｎｄｅｒ； ｔａｎｄｅｍ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ； ｖｏｒｔｅｘ ｓｈｅｄｄｉｎｇ； ｌｉｆｔ ａｎｄ ｄｒａｇ ｅｏｅｆｆｉｅｉｅｎｔ；ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃ
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