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基于力元理論的脹縮圓柱繞流的數(shù)值模擬

李進(jìn)威; 熊林潔; 李延良; 張建成 廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院; 廣西南寧530004; 廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院; 廣西南寧530004; 廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院; 廣西南寧530004

摘要：為了探討流場結(jié)構(gòu)與物體受力之間的關(guān)系,采用力元理論分析流場中各流體元素對力的貢獻(xiàn),利用FLUENT軟件求解在均勻來流中作脹縮運(yùn)動的二維圓柱的Navier-Stokes方程式,通過模擬雷諾數(shù)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(shù)圖,并編寫基于力元理論的程序?qū)ΧS脹縮圓柱進(jìn)行受力分析。計算結(jié)果表明,與表面積分法相比,力元分析法可以進(jìn)一步確定各個流動結(jié)構(gòu)對阻力的貢獻(xiàn);圓柱作脹縮運(yùn)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(xiàn),體渦度對阻力的貢獻(xiàn)為62%,表面渦度對阻力的貢獻(xiàn)為19%,摩擦力對阻力的貢獻(xiàn)為19%;圓柱的阻力系數(shù)隨脹縮率的增大而增大;當(dāng)圓柱脹縮頻率為10Hz時,圓柱尾流區(qū)域旋渦的脫落頻率與圓柱運(yùn)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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