多圆柱绕流旋涡脱落和流场形态概述.pdfVIP

第４０卷 第３期 人　民　长　江 Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．３ ２００９年 ２月　 　 Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　 　Ｆｅｂ．， ２００９ 　　文章编号：１００１－４１７９（２００９）０３－００６６－０３ 多圆柱绕流旋涡脱落和流场形态概论 杨 纪 伟　滕 丽 娟　胥 战 海 （河北工程大学，河北 邯郸０５６０３８） 摘要：当流体绕多个圆柱流动时，圆柱的个数、相对位置和大小都明显影响着绕流流场结构。基于已有研究成 果，归纳总结了流场中放置双圆柱、三圆柱、四圆柱和流场中主圆柱附近放置１个或２个附属小圆柱时，随圆柱 相对位置变化，流场结构和旋涡脱落状态的演变规律。双圆柱相对位置分串列、并列和错置３种，其绕流流态 按间距比和水流攻角对旋涡脱落形态的影响划分，流态在临界间距比上下变化很大；三圆柱呈“品”字布置，当 间距比小于临界值时，出现明显的偏流现象，大于临界值后不再出现偏流现象；三圆柱呈倒“品”字布置，在任 何间距比下，流动状态相对于来流几乎都是对称分布的；四圆柱绕正方形排列，实验研究发现上游两圆柱后没 有旋涡形成和脱落，下游两圆柱旋涡脱落反相同步，而数值模拟得到上下游柱后都有明显的涡脱落；主圆柱尾 流中存在附属小圆柱时，调整小圆柱的位置能够有效抑制尾流中的旋涡脱落。 关　键　词：多圆柱；附属小圆柱；旋涡脱落；流场 中图分类号：ＴＶ１４３　　　文献标识码：Ａ 也可把三圆柱看作双柱错置的组合。绕正方形排列的四圆柱， １　概 述 可被视为两组并列双柱（１和２，３和４）或两组串列双柱（１和４， 当流体绕多个圆柱流动时，圆柱之间的耦合干扰作用因圆 ２和３）组合。主圆柱尾流中有一个附属小圆柱时为双柱绕流， 柱个数、圆柱相对位置、雷诺数等因素而异，致使流场结构和旋 有两个附属小圆柱时为三柱绕流，但附属小圆柱的直径 小于 ｄ 涡脱落形态随这些因素的变化而发生很大的改变。多圆柱绕流 主圆柱的直径 （详见下文的３、４节）。 Ｄ 在国际上一直倍受关注，除群桩、群柱外，当前的多圆柱绕流研 究成果主要集中在双圆柱、三圆柱和四圆柱上。基于现有的研 ３　多圆柱相对位置对绕流流态的影响 究成果，本文旨在归纳总结双圆柱串列、并列、错置，三圆柱等边 ３．１　双圆柱相对位置对绕流流态的影响 ［１］ ［２］ “品”字和倒“品”字布置 ，四圆柱绕正方形排列 ，主圆柱尾 ［３］ 双圆柱串列、并列和错置时，绕流流态差别很大，其主要受 流中存在１个或２个附属小圆柱 时，圆柱个数与圆柱相对位 雷诺数、间距比、水流攻角等因素影响。国外学者在亚临界雷诺 置对绕流流场和旋涡脱落状态的影响。 数范围内通过实验研究了不同间距比和水流攻角下的双柱绕 流，并据此划分绕流流态。 ［４］ ［５］ ２　圆柱的相对位置 Ｚｄｒａｖｋｏｖｉｃｈ（１９８５） （１９８８） 得出 了双圆柱串列、并列绕流流态随间距变化的图谱（如图２所 当前的大部分多圆柱绕流都选取比较典型的排列方式作为