方型布置四圆柱绕流的试验及数值研究的开题报告.docx

方型布置四圆柱绕流的试验及数值研究的开题报告
摘要：
本文介绍了方型布置四圆柱绕流的试验及数值研究的开展计划。通过对该实验的目的、研究背景、国内外研究现状的分析，明确了研究的重点和技术路线。具体实验将采用水槽模型进行，通过PIV测量技术获取流场数据，选取合适的雷诺数范围并考虑不同布置方式的影响，探究绕流现象、压差分布和涡旋结构等方面。数值模拟将采用ANSYSFluent对实验结果进行模拟验证，进一步探究流场的物理机制和流边界的优化方法。通过本次研究，可为类似情况下的流体问题提供科学的分析和解决方法。
关键词：方型布置；四圆柱绕流；试验；数值模拟；流场分析
1.实验背景和研究意义
流体的运动状态对于诸多领域的问题来说都是十分重要的，例如船舶、风洞、涡流等研究中都涉及到了流体的运输、传递和转化。其中绕流现象是非常有意义的一个研究方向，很多工程和生物过程都伴随着该现象的出现。在流体力学领域，绕流现象的模拟和研究一直是一个具有挑战性的问题。目前国内外对于圆柱、球体等绕流现象已经取得了不少有意义的研究成果。而对于多圆柱的绕流现象，尤其是四圆柱的绕流现象目前尚未有大量相关研究成果的报道。因此，本实验将着重进行方型布置四圆柱绕流现象的试验和数值模拟研究，旨在深入探究该问题，为今后相关领域的问题提供科学研究依据和解决方案。
2.国内外研究现状
目前国际上关于绕流现象的研究主要集中在圆柱、球体等单一圆柱的绕流现象上。其中，经典Kármán旋涡街是流动稳定性和涡结构研究的典型例子。而对于多圆柱的绕流问题，尤其是四圆柱问题尚未有大量的相关研究成果报道。在国内，目前有关该问题的研究主要是基于数值模拟的研究，较为缺乏实验验证。因此，本次研究将力求建立基于实验数据和数值模拟相结合的方法，对方型布置四圆柱的绕流现象进行研究。
3.实验目的
本实验旨在采用水槽模型进行方型布置四圆柱的绕流实验，并借助PIV测量技术获取流场数据，通过流场分析研究不同雷诺数范围内绕流现象和涡旋结构等方面的特征，探究压差分布和涡结构等问题。同时，采用ANSYSFluent对实验数据进行数值模拟，对比实验结果，进一步探究流场的物理机制和流边界的优化方法。
4.实验方案
4.1实验设备与流程
本实验采用水槽模型，四根圆柱按照方形布置在水槽中。流体采用水作为模拟液体。PIV测量系统将用于记录流场数据。具体流程如下：
(1)初步测定四圆柱的布置距离，确定试验方案；
(2)准备实验所需的设备和试验数据记录系统；
(3)实验前对水槽进行充水、暂定后等处理；
(4)将试验物体（四圆柱）置于水槽中，进行试验前的校准工作；
(5)开始进行流场数据的采集；
(6)使用ANSYSFluent对实验数据进行数值模拟；
(7)分析数据、总结实验成果。
4.2实验参数设定
本实验将考虑不同的雷诺数范围及不同的布置方式，以绕流现象和涡旋结构的特征为研究重点。具体实验参数设定如下：
(1)雷诺数范围：2500-18000；
(2)风速：在实验室中实现；
(3)流体介质：水；
(4)四圆柱的尺寸和布置方式：直径30mm、圆柱间距50mm，布置在边长为10cm的正方形内。
4.3实验数据记录和分析
本实验采用PIV测量技术进行流场数据记录，合理选择测量点并进行校准。通过对实验结果的挖掘和分析，查看不同雷诺数、圆柱布置方式等因素对绕流现象的影响。同时，通过对实验数据和ANSYSFluent模拟结果的比较，探究流场的物理机制和流边界的优化方法。
5.结论
本文介绍了方型布置四圆柱绕流的试验及数值研究的开展计划，明确了研究的背景、目的和技术路线。通过本次研究，可以对多圆柱的绕流问题提供科学的分析和解决方法。未来，将进一步进行实验数据的分析和对比，以完善研究成果。