圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流特性數(shù)值模擬研究

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1、學(xué)校代碼10530學(xué)號(hào)201510181919分類號(hào)TU352.2密級(jí)公開碩士學(xué)位論文圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流特性數(shù)值模擬研究學(xué)位申請(qǐng)人曹波指導(dǎo)教師涂佳黃副教授學(xué)院名稱土木工程與力學(xué)學(xué)院學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)工程研究方向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與安全服役二零一八年六月NumericalSimulationStudyonCharacteristicsofFlowAroundCircularCylindersGroupCandidateBoCaoSupervisorAssociateProfessorJiahuangTuCollegeCollegeo

2、fCivilEngineeringandMechanicsProgramStructuralEngineeringSpecializationStructuralDesignTheoryandSafeServiceDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018本論文受國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：51434002）：深海礦產(chǎn)資源開采系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜工作環(huán)境的響應(yīng)機(jī)理研究.國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(編號(hào)：11602214）：陣列排布柱體群

3、繞流與渦激振動(dòng)互擾機(jī)理研究.湖南省自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(編號(hào)：2016JJ3177）：復(fù)雜來(lái)流作用下鈍體結(jié)構(gòu)流致振動(dòng)效應(yīng)及其被動(dòng)控的研究.中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：2017M622593）：大長(zhǎng)徑比細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物流致運(yùn)動(dòng)特性及機(jī)理研究.湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(編號(hào)：15C13118）：帶分隔板控制措施的圓柱體結(jié)構(gòu)流致振動(dòng)特性及其控制性能研究.中國(guó)大洋協(xié)會(huì)國(guó)家海域資源調(diào)查與開發(fā)“十二五”課題(編號(hào)：DYI125-14-T-03）：面向海試的多金屬結(jié)核集礦系統(tǒng)研制與集成.資助湘潭大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要圓柱體結(jié)構(gòu)群廣泛

4、存在于實(shí)際工程領(lǐng)域中，如高層建筑、冷卻塔、拉索和橋塔等。流體載荷會(huì)影響該類結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和安全性?；贔luent計(jì)算平臺(tái)，本文運(yùn)用大渦模擬方法，對(duì)亞臨界雷諾數(shù)下圓柱體結(jié)構(gòu)群三維繞流問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，全面深入分析串列雙圓柱體、正方形排列四圓柱體和“X”形排列五圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流特性，并闡述其互擾效應(yīng)和干擾機(jī)理，可為工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。本文主要研究工作如下：（1）研究雷諾數(shù)Re=3900下串列雙圓柱體三維繞流問(wèn)題，分析間距比對(duì)串列雙圓柱體的流體力系數(shù)及其尾流場(chǎng)分布特性的影響，并闡明其內(nèi)在的互擾效應(yīng)和力學(xué)機(jī)制。研究發(fā)

5、現(xiàn)：隨間距比的增加，雙圓柱體中間區(qū)域流場(chǎng)會(huì)發(fā)生較大的變化，流場(chǎng)流動(dòng)模式由再附著模式轉(zhuǎn)變?yōu)槲擦鳑_擊模式。（2）研究雷諾數(shù)Re=3900下正方形排列四圓柱體結(jié)構(gòu)群三維繞流問(wèn)題，分析來(lái)流攻角（α）與間距比（L/D）兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)四圓柱體的流體力系數(shù)及其尾流場(chǎng)分布特性的影響，并闡明其內(nèi)在的互擾效應(yīng)與力學(xué)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：來(lái)流攻角和間距比的變化對(duì)四圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流特性、流場(chǎng)流動(dòng)模態(tài)及其互擾效應(yīng)的影響較大。當(dāng)α=0°、22.5°和45°時(shí)，不同間距比工況下，正方形排列四圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流的臨界間距比分別為3.5、3.5和3.0，其流

6、動(dòng)互擾機(jī)理由臨近效應(yīng)轉(zhuǎn)變至尾流效應(yīng)。另外，小間距比工況下，間隙流體區(qū)域會(huì)發(fā)生高速流動(dòng)現(xiàn)象。大間距比工況下，上游圓柱體的繞流特性類似于單圓柱體工況，下游圓柱體受到上游圓柱體尾流的干擾作用增強(qiáng)。（3）研究雷諾數(shù)Re=3900下“X”形排列五圓柱體結(jié)構(gòu)群三維繞流問(wèn)題，分析來(lái)流攻角與間距比兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)五圓柱體的流體力系數(shù)及其尾流場(chǎng)分布特性的影響，并闡明其內(nèi)在的互擾效應(yīng)與力學(xué)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：來(lái)流攻角和間距比的變化對(duì)五圓柱體結(jié)構(gòu)群繞流特性、流場(chǎng)流動(dòng)模態(tài)及其互擾效應(yīng)的影響較大。當(dāng)α=0°、22.5°和45°時(shí)，“X”形排列五圓柱

7、體結(jié)構(gòu)群繞流的臨界間距比分別為5.0、6.0和6.0。當(dāng)α=0°與L/D=5.0-7.0時(shí)，間隙流效應(yīng)強(qiáng)于尾流效應(yīng)。當(dāng)α=22.5°與L/D=7.0時(shí)，下游圓柱體和中間圓柱體兩側(cè)流體流動(dòng)特性依然有差別。當(dāng)α=45°與L/D=5.0時(shí)，上游圓柱體尾流區(qū)沒有發(fā)生渦脫落現(xiàn)象，而中間圓柱體會(huì)發(fā)生渦脫落現(xiàn)象。當(dāng)間距比增大至6.0-7.0時(shí)，上游圓柱體和中間圓柱體尾流場(chǎng)均有漩渦的生成與脫落。關(guān)鍵詞：圓柱體結(jié)構(gòu)群；間距比；來(lái)流攻角；尾流模態(tài)；互擾效應(yīng)；大渦模擬I圓柱結(jié)構(gòu)群繞流特性數(shù)值模擬研究ABSTRACTTheflowaroun

8、dcircularcylinderstructuregrouparewidelyencounteredinmanyengineeringapplications,suchashigh-risebuildings,transmissiontower,cableandbridgetower,tonamebutafew.Thefluidloadhas