【摘 要】
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钝体绕流是自然界和工程中常见的流动现象,也是流体力学中的重要基础问题,在低马赫数范围内涉及流动的分离和再附、剪切层的失稳和转捩、周期性的涡脱落以及尾迹的发展等典型的
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钝体绕流是自然界和工程中常见的流动现象,也是流体力学中的重要基础问题,在低马赫数范围内涉及流动的分离和再附、剪切层的失稳和转捩、周期性的涡脱落以及尾迹的发展等典型的流动现象,跨音速范围内还会出现激波和涡、剪切层、尾迹的相互作用、尾迹中还会形成局部超声速区等。本文采用非结构网格、有限体有限元混合格式和大涡模拟的方法求解可压缩的N-S方程,亚格子模式采用动力Smagorinsky模式,研究了不同长宽比矩形柱低亚音速和跨音速绕流的流动特性。低亚音速范围内采用低马赫数预处理与MUSCL插值重构,跨音速范围内采用熵修正和WBAP通量限制器。本文在雷诺数为22000时,对马赫数等于0.1、0.75和0.95,长宽比分别为1:1、2:1、3:1和4:1的矩形柱绕流进行了大涡模拟,以研究长宽比和压缩性对矩形柱绕流流场的影响。主要研究结果如下:对于马赫数为0.1时不同长宽比矩形柱的绕流,上下表面的恢复压力随着长宽比的增大逐渐变大;长宽比为1:1和2:1时,由前缘角点分离的流体在柱体的上下表面不会有流动的再附现象,当长宽比为3:1和4:1时,流体在分离之后将会再附;统计平均量,如压力系数、阻力系数、Strouhal数、湍流脉动强度和涡强度等随着长宽比的增大将会变小或者减弱。对于跨音速下不同长宽比矩形柱的绕流,马赫数为0.75时,随着长宽比变大,阻力系数、Strouhal数、回流区速度峰值、湍流脉动强度逐渐降低;出口恢复速度、低压区压强、柱体后侧中心点的压强逐渐变大;在方柱的近尾迹区域,有两种形成机制不同的局部超声速区,分别为涡涡相互作用和激波与涡相互作用;升力系数曲线均有明显的周期性波动,涡脱落很规则,流场中存在明显的三维涡街结构。马赫数为0.95时,方柱绕流呈现定常状态,尾迹里出现较强的斜激波,抑制了涡脱落,其阻力系数大于马赫数为0.75时的阻力系数。
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