基于力元理論的脹縮圓柱繞流的數值模擬
摘要：為了探討流場結構與物體受力之間的關系,采用力元理論分析流場中各流體元素對力的貢獻,利用FLUENT軟件求解在均勻來流中作脹縮運動的二維圓柱的Navier-Stokes方程式,通過模擬雷諾數為200,圓柱半徑為R0,脹縮率分別為半徑的5%、10%、15%和20%,脹縮頻率為10Hz的圓柱繞流,分別得到了流場的流線圖、渦量圖以及阻力系數圖,并編寫基于力元理論的程序對二維脹縮圓柱進行受力分析。計算結果表明,與表面積分法相比,力元分析法可以進一步確定各個流動結構對阻力的貢獻;圓柱作脹縮運動時,勢流力為0,阻力主要來源于體渦度和面渦度以及表面摩擦力的貢獻,體渦度對阻力的貢獻為62%,表面渦度對阻力的貢獻為19%,摩擦力對阻力的貢獻為19%;圓柱的阻力系數隨脹縮率的增大而增大;當圓柱脹縮頻率為10Hz時,圓柱尾流區域旋渦的脫落頻率與圓柱運動的頻率相同,而圓柱脹縮率對圓柱繞流的渦脫落頻率影響很小。
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