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方型布置四圓柱繞流的試驗及數值研究.pdf

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    編號:20190308225248260    類型:共享資源    大?。?span class="font-tahoma">24.88MB    格式:PDF    上傳時間:2024-01-05
      
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    2863. 方型 布置 圓柱 試驗 數值 研究
    資源描述:
    方型布置四圓柱系統作為多柱結構布置的基本單元,在碼頭、跨海橋梁、深海石油開采等近海和海洋工程領域有著廣泛的應用。四柱體結構之間排列緊密,在惡劣海洋環境中受到波浪流的聯合作用,極易導致結構體發生損壞,尤其是當旋渦脫落頻率接近結構體的固有頻率時,還有可能發生共振現象,加速結構體疲勞破壞。對四柱體結構附近的流場特性進行機理性探究,有助于揭示多樁結構及尾流間的相互干擾耦合作用,為近海和海洋工程的優化設計和施工提供技術參考。
      本文基于物理模型試驗和數值模擬方法,開展了方型布置四圓柱在不同間距比、迎流角和雷諾數下繞流流場特性研究。物理模型試驗主要采用粒子圖像測速技術(PIV)對不同間距比和迎流角的條件下四柱體的瞬時及時均尾流流場信息進行了采集,獲得了瞬時及時均渦量等值線圖、時均速度矢量及流線拓撲圖。通過對下游速度進行能譜分析獲得了下游柱體的旋渦脫落頻率Strouhal數?;谠囼灁祿?,探討了間距比對四柱體后的時均及瞬時尾流形態、旋渦脫落頻率的影響。依據間距比的變化,試驗發現了三種不同的流場形態,即小間距比下的“屏蔽流”模態,中等間距比下的“剪切層再附著”模態和大間距比下的“渦沖擊”模態。間距比的變化對柱體尾部脫落的旋渦渦量值的大小有很大的影響。流態發生切換時,Strouhal數改變明顯。迎流角不等于零時,下游柱體在橫向及流向方向都會對上游柱體尾流產生影響;迎流角發生改變時,四柱繞流尾流形態變化明顯。
      基于計算流體力學軟件ANSYS Fluent,本文開展了不同間距比和雷諾數下的柱體尾流形態、旋渦脫落頻率和結構受力分析的數值研究。本文綜合考慮了間距比和雷諾數對流態發展的影響,歸納了不同流態區間圖。通過數值模擬發現,渦脫相位差只和間距比有關,而和雷諾數無關。柱體表面平均升、阻力系數(C)l、(C)D的大小隨柱體之間間距的改變而發生變化,當流態發生切換時,(C)D和(Cl)的值變化明顯。在同一間距比條件下,隨著雷諾數的增大,流態發生轉換,Cl'增加。
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    本文標題:方型布置四圓柱繞流的試驗及數值研究.pdf
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