后臺(tái)階及方形鈍體繞流湍流場(chǎng)數(shù)值模擬及PIV實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、分離再附流動(dòng)是工程實(shí)際中一種非常普遍的流動(dòng)現(xiàn)象,其中,以后臺(tái)階及方塊鈍體繞流為這種流動(dòng)的典型代表。在放置有液壓閥門(mén)的流道中、高層建筑物周?chē)L(fēng)場(chǎng)、橋梁的風(fēng)載計(jì)算以及電路板的強(qiáng)制換熱等常見(jiàn)的流動(dòng)現(xiàn)象中均可以得到體現(xiàn)。因此對(duì)于后臺(tái)階及方形鈍體繞流的研究具有著重要的實(shí)際意義。本文在相應(yīng)的理論基礎(chǔ)上,利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬手段對(duì)其展開(kāi)了一系列研究工作。
　　首先利用PIV粒子測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量了實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)流斷面的速度分布、速度的脈動(dòng)特性以及邊界層的相

2、關(guān)參數(shù)。從測(cè)量結(jié)果可以看出,三個(gè)不同高度上的流向速度展向分布平均,中心流線上速度的湍流度基本小于6％,此結(jié)果驗(yàn)證了PIV對(duì)后臺(tái)階及方形鈍體實(shí)驗(yàn)臺(tái)二維測(cè)量的可行性。在此基礎(chǔ)上對(duì)不同來(lái)流速度下的后臺(tái)階及方形鈍體繞流流場(chǎng)的細(xì)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行后處理,得到了相應(yīng)的時(shí)均參數(shù),獲得了各工況下的再附點(diǎn)位置。本文中六個(gè)工況均處在湍流狀態(tài),附著點(diǎn)長(zhǎng)度與Re無(wú)關(guān),基本保持在某一范圍內(nèi)浮動(dòng)。測(cè)量得到的再附點(diǎn)長(zhǎng)度與國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用不同手段得到的結(jié)果

3、基本一致。采用統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,得到了渦量場(chǎng)、流向和法向速度分量脈動(dòng)場(chǎng)、雷諾應(yīng)力場(chǎng)的分布。從量化角度分析了流動(dòng)能量的傳遞、耗散的過(guò)程。從結(jié)果中得到,剪切層在X/H>2.0的區(qū)域保持一定的厚度,說(shuō)明在該區(qū)域內(nèi)發(fā)生了強(qiáng)烈的非穩(wěn)態(tài)混合現(xiàn)象。并且脈動(dòng)的高強(qiáng)度區(qū)域主要集中在沿臺(tái)階前緣發(fā)展的流線附近,這個(gè)區(qū)域是整個(gè)流場(chǎng)中活動(dòng)最激烈的部分。
　　采用大渦模擬與雷諾平均方法中的標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型分別對(duì)后臺(tái)階及方形鈍體繞流流場(chǎng)進(jìn)行了非定

4、常和定常的數(shù)值模擬,對(duì)流場(chǎng)中的速度分布、渦的形成進(jìn)行了測(cè)量與顯示。選取工況6的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析得出:大渦模擬方法對(duì)分離區(qū)域渦結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果比較精細(xì),能夠完全描述出旋渦的整個(gè)發(fā)展過(guò)程,而標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型得到的結(jié)果卻無(wú)法體現(xiàn)這一點(diǎn)。并且由三種方法得到的再附點(diǎn)位置的結(jié)果看出,大渦模擬計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為接近。從這兩方面就可體現(xiàn)大渦模擬在計(jì)算渦結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)越性。此外對(duì)不同截面處雷諾平均-u’v’與湍動(dòng)能k的大小進(jìn)行對(duì)比分析,