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《基于adina二維雙圓柱繞流數(shù)值模擬探究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、基于ADINA二維雙圓柱繞流數(shù)值模擬探究摘要：均勻來流流過二維圓柱是一個經(jīng)典的流體力學(xué)問題，尤其是對于粘性流體，由于雷諾數(shù)的大小不同，在面對層流和紊流兩種與眾不同的流場時，流場流線運動的規(guī)律較為復(fù)雜，本文正是借助于ADINA軟件中出色的流固耦合的仿真計算技術(shù)，對于流場中二維雙圓柱繞流流場的變化進(jìn)行了科學(xué)的數(shù)值模擬，并給出了不同環(huán)境條件下流場的變化情況，計算出了圓柱表面的一系列動力學(xué)參數(shù)。結(jié)果表明：尾流及圓柱表面的壓力分布，其實驗結(jié)果與現(xiàn)有結(jié)果較為吻合關(guān)鍵詞：雷諾數(shù)；圓柱繞流；網(wǎng)格密度；數(shù)值模擬；擾動力中圖分類號：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識碼
2、：A1概述近些年來一些學(xué)者運用實驗和理論方法對橫向流作用下管陣流體誘發(fā)振動問題進(jìn)行了分析和研究，得到一些經(jīng)驗公式來初步估計產(chǎn)生流體誘發(fā)振動的臨界流速。并對兩圓柱串列和交錯放置的繞流問題進(jìn)行過實驗研究。針對兩圓柱中心間距小于5.0倍圓柱直徑的一系列情況，他們研究了兩圓柱間的流動相互作用，發(fā)現(xiàn)中心間距存在有一臨界值,當(dāng)小于該臨界值時，沒有明顯的渦自上游圓柱脫落。這一臨界值約為3倍圓柱直徑。standsby在1981和1987年分別用離散渦方法和隨機(jī)渦方法研究了并排、串列和交錯放置的雙圓柱繞流問題得到了與實驗相符的結(jié)果。但是經(jīng)驗公式中的
3、一些參數(shù)是在一些特定條件下得到的，具有很大得保守性和不確定性。雙圓柱繞流模擬由于在一定范圍內(nèi)能夠反映多個圓柱在一條直線上的繞流特征，圓柱附近流態(tài)的瞬時變化形式，并且模型簡明，已經(jīng)用ADINA軟件能夠計算比較精確的擾動力數(shù)值。因此基于現(xiàn)有的研究成果，本文旨在歸納總結(jié)雙圓柱對繞流流場的影響。2雙圓柱體繞流場基本理論根據(jù)prandt1的邊界層理論，圓柱的繞流流動可以分為兩個區(qū)，圓柱表面很薄的邊界層區(qū)和其上的主流區(qū)，在邊界層中流體粘性產(chǎn)生的摩擦力起主導(dǎo)作用，而在主流區(qū)粘性摩擦力可以忽略不計。雙圓柱的排列方式有串列（水流攻角a=0°,間距T
4、=0）、并列（水流攻角a=90°）、錯置（水流攻角a不等于0）3種。國外學(xué)者在亞臨界雷諾數(shù)范圍內(nèi)通過實驗研究了不同間距比和水流攻角下的雙柱繞流，并據(jù)此劃分繞流流態(tài)。得出了雙圓柱串列、并列繞流流態(tài)隨間距變化的圖譜。斜置是雙圓柱排列方式中最普遍的形式，在這種排列方式下，兩柱間隙之間的流動偏向前柱，前柱尾跡總是比后柱窄。在850WReW1900的低亞臨界雷諾數(shù)，S/d=1.0?5.0的間距比和a=0。?90°的攻角范圍內(nèi)，將斜置雙圓柱繞流流態(tài)劃分為9種。由于本文所研究的為二維不可壓縮流體，因此在笛卡爾坐標(biāo)系下，其運動規(guī)律可以用納維-斯托
5、克斯方程來進(jìn)行描述。連續(xù)性方程和動量方程分別為：式中，x—與無窮遠(yuǎn)處來流平行的水平方向坐標(biāo)；y—與無窮遠(yuǎn)處來流垂直的豎直方向坐標(biāo)；u,v--流場中沿x方向和y方向的速度；—流體密度和動力粘度系數(shù)；其中雷諾數(shù)3雙圓柱體流固耦合數(shù)值計算模型3.1計算網(wǎng)格的選取在網(wǎng)格劃分上，在雙圓柱周采用比較密的網(wǎng)格，而遠(yuǎn)離雙圓柱的流場部分則采用比較稀疏的網(wǎng)格劃分，在流場結(jié)構(gòu)尺寸的確定上，為了不影響圓柱周圍流場的流態(tài)，在流場邊界的選取上遠(yuǎn)離圓柱邊界。(1)串列雙圓柱：左右邊界相距15D,上下邊界12D,圓柱間距離L=5D.(2)并列雙圓柱：左右邊界相距
6、10D,上下邊界12D,圓柱間距離T=2D.(3)錯置雙圓柱：左右邊界相距12D,上下邊界相距12D,兩圓柱中心連線與水流速度方向呈45°方向，圓柱中心間距離S=2D.3.2邊界條件設(shè)與模型特征參數(shù)設(shè)定：入口邊界：速度入口條件，給定速度和壓力，u=u,V=0,P=0出口邊界：出流條件，給定壓力和零壓力梯度，上下邊界條件：固定壁面（wall）條件。圓柱表面為流固耦合界面。特征參數(shù)：串列雙圓柱均勻來流U=0.067m/s,并列和錯置u=0.083m/s,流體為水，密度為1000kg/m3,動力粘性系數(shù)u=0.001kg/m.s,圓柱直
7、徑D=0.02m,Re=1660和1340.在低雷諾數(shù)下也可以近似反應(yīng)高雷諾數(shù)時的繞流情況，而滕麗娟則在他的論文中著重進(jìn)行了Re=200和Re=20000時的雙圓柱繞流流態(tài)，所以我采取的模型的雷諾數(shù)介于層流模型和紊流模型之間。3.3模型建立模擬時，流體用流體模型，結(jié)構(gòu)用實體模型。流體模型是ADINA-F模型，實體模型是ADINA模型；但分析時用ADINA-FSI做完全耦合分析。模型很簡單，需要注意的是要設(shè)定分析假定，由于所選圓柱體材料為鋼材，所以變形和應(yīng)變會很小。設(shè)置約束時要注意不要在圓柱體外緣輪廓線設(shè)置任何約束。網(wǎng)格劃分時會自動
8、劃分成軸對稱網(wǎng)格。流體模型雖然很簡單，但建立之前還是要考慮好怎樣去劃分網(wǎng)格，以便建立相應(yīng)的點。而且需要注意網(wǎng)格疏密的分布,采用FCBI-C單元。流動分析假定設(shè)置為線性流動，不包括熱傳遞，三種情況均設(shè)置了200個時間步，每個時間步長為0.OlSo4計
