文档介绍：圆柱绕流的数值模拟研究
摘要:选取直径为D=10mm的圆柱及6D×3D的计算区域,利用GAMBIT进行模型的创建模型,对计算区域采用分块网格划分与结构化网格划分相结合的技术进行网格划分。~,,,。,发现网格自动加密可以改进网格分布情况,但对计算结果的影响程度有限。
关键词:网格划分;圆柱绕流;涡量;网格自适应
钝体绕流中尤其以圆柱体的绕流问题最为经典和引起人们的注意。圆柱绕流属于非定常分离流动问题,在工业工程中的应用非常广泛。圆柱绕流同时也是一个经典的流体力学问题,流体绕圆柱体流动时,过流断面收缩,流速沿程增加,压强沿程减小,由于黏性力的存在,就会在柱体周围形成附面层的分离,形成圆柱绕流。而由于圆柱的存在,会在圆柱迎水面产生壅水现象,同时也增加了圆柱的受力,使得圆柱绕流问题变得十分复杂。
研究圆柱绕流问题在工程实际中也具有很重要的意义。如在水流对桥梁、海洋钻井平台支柱、海底输运管线、桩基码头等的作用中,风对塔建筑、化工塔设备、高空电缆等的作用中,都有重要的工程应用背景。因此,对圆柱绕流进行深入研究,了解其流动机理和水动力学规律,不仅具有理论意义,还具有明显的社会经济效益。
1数学模型与计算方法
结合本文研究目标,取圆柱直径D=10mm,计算区域为6D×3D的矩形区域,如图1所示。,。使用GAMBIT建模软件按照图1所示的计算域建立了二维的计算模型。
图1 计算区域
为提高模拟精度,计算区域采用分块网格划分与结构化网格划分相结合的技术。计算区域共分两块,尺寸见图1所示。在圆柱区域采用O型结构化网格(图2),尾流区域采用四边形结构化网格分别划分(图3),使用GAMBIT对两块计算区域进行了网格划分,划分的结果是网格总数为42946个。
对计算区域进行边界条件定义,考虑到流入介质的为空气,同时流速较低,就把介质假定为不可压缩的流体。进而把左侧的入口定义为速度入口即:Velocity-inlet,右侧的出口假定为充分发展的出流,即定义为:Outflow。其余的边界保持默认的壁面边界条件,同时定义为绝热条件,即热流密度为0。
图2 圆柱区域O型结构化网格
图3 整体网格划分情况
流动介质为空气,密度ρ=,动力粘度μ=×10-5Pa∙s,并保持为常数。计算雷诺数(Re<2000)均为小雷诺数。属层流范围,故采用Laminar模型。采用基于压力基的分离式求解器进行求解。计算中采用具有二阶隐式时间格式的非定常流动进行计算。压力项与速度项的耦合项计算采用SIMPLE算法实现,。计算中压力、密度、、1、。
2数值模拟
选用25℃的空气为流经计算区域的流体,