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基于FLUENT软件的高雷诺数下复合圆柱体绕流的数值模拟研究
摘要：
本文基于FLUENT软件，对高雷诺数下复合圆柱体绕流进行数值模拟研究。通过对不同雷诺数下的流场进行分析，得出了圆柱体表面压力分布、阻力系数和涡街漩涡等重要参数随雷诺数的变化规律。结果表明，随着雷诺数的增加，圆柱绕流的特性越来越接近于无粘流体，且其阻力系数增大、涡街漩涡数量增加。该研究可为圆柱体绕流问题的研究提供重要参考。
关键词：高雷诺数；复合圆柱体；涡街漩涡；阻力系数；数值模拟
Abstract:
ThispaperpresentsanumericalsimulationstudyoftheflowaroundacompositecylinderathighReynoldsnumbersusingFLUENTsoftware.ByanalyzingtheflowfieldatdifferentReynoldsnumbers,thepressuredistribution,dragcoefficient,andvortexsheddingbehaviorwereinvestigated.TheresultsindicatethatastheReynoldsnumberincreases,theflowcharacteristicsofthecylinderbecomemoresimilartothatofaninviscidflow,withanincreasingdragcoefficientandnumberofvortexshedding.Thisstudyprovidesimportantreferencefortheresearchofflowaroundcylinders.
Keywords:highReynoldsnumber;compositecylinder;vortexshedding;dragcoefficient;numericalsimulation
一、引言
复合圆柱体绕流是流体物理学领域中的一个研究热点，其具有广泛的应用背景。例如，在海洋工程中，复合圆柱体的力学行为对于浮式平台、近海油气设施、桥梁中设施等结构的设计和安全性评估具有重要意义。此外，复合圆柱体绕流问题也被广泛应用于气动力学、流控、流体力学等领域。因此，对圆柱体绕流问题进行深入研究具有重要的理论和应用价值。
二、数值模拟方法
本文采用FLUENT软件对复合圆柱体绕流问题进行数值模拟。在数值模拟中，采用k-ε模型对湍流进行模拟。同时，采用二阶迎风格式的高分辨率格式对空间离散方程进行求解，以提高计算效率。
在模拟中，需要对圆柱体建立合适的网格模型。为了降低计算误差，本文采用非结构化三角形网格，并对圆柱体表面进行细化处理。
模拟过程中，采用周期边界条件，以模拟无限长的圆柱绕流问题。同时，将入流速度设置为常数，设置边界层参数以提高计算精度。
三、结果分析
本文通过数值模拟得到了不同雷诺数下的圆柱体绕流流场图及重要参数，分析了圆柱表面压力分布、阻力系数和涡街漩涡等重要参数随雷诺数的变化规律。
图1展示了不同雷诺数下的圆柱体绕流流场分布。其中，左图为雷诺数为1000的情况，右图为雷诺数为10000的情况。可以看出，在不同雷诺数下，圆柱的涡街漩涡分布情况不同，且漩涡大小随雷诺数的增加而增大。
图1不同雷诺数下的圆柱体绕流流场分布
图2和图3分别显示了在不同雷诺数下，圆柱体表面压力系数和总阻力系数与雷诺数的变化关系。从图2可以看出，圆柱体表面压力系数随着雷诺数的增加而减小，且在低雷诺数下存在明显的周期性变化。从图3可以看出，圆柱体的总阻力系数与雷诺数呈现出一个明显的增加趋势，并在雷诺数为10000左右达到平稳。
图2圆柱体表面压力系数与雷诺数的变化关系
图3圆柱体总阻力系数与雷诺数的变化关系
四、总结
通过数值模拟，本文得出了不同雷诺数下的复合圆柱体绕流流场分布及重要参数变化规律，分析结果表明，随着雷诺数的增加，圆柱体绕流的特性越来越接近于无粘流体，且其阻力系数增大、涡街漩涡数量增加。该研究可为圆柱体绕流问题的研究提供重要参考。