不同倒角半径四柱体绕流数值模拟及水动力特性分析

于定勇，康 骁，赵建豪

(中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100)

绕流是指流体绕过置于流体中的物体或是物体在流体中移动的过程，是生活中常见的一种物理现象。在实际工程中，柱体多以多柱体结构形式布置，对倒角柱体而言，不同的柱体布置形式，柱体后方的流场变化、柱体受力情况也有很大不同。

不同倒角半径柱体绕流的湍流场结构复杂，国内外已有学者开展了部分的研究工作。Tamura等[1]对不同倒角半径柱体进行了数值模拟，发现柱体的角部形状略微改变会极大影响柱体流场变化。Hu等[2]、Kumur等[3]使用粒子图像流速测量技术(PIV)，研究了不同倒角半径柱体的近尾流场特性和涡脱落周期的变化情况，发现前倒角半径变化同后倒角相比对近尾流的影响要大。Tamura和Miyagi[4]对不同倒角半径柱体进行了风洞模型试验，发现相对于方柱，柱体截面形式为倒角时，平均阻力和尾流宽度有明显减小。Zhang和Samtaney[5]通过直接数值模拟对不同倒角半径柱体绕流进行了三维数值模拟，发现倒角半径R+=0.125时，柱体的分离剪切层达到最长，升力系数均方根Cl-rms相较于方柱突降90%以上。

目前，四柱体布置下的柱体绕流研究工作主要针对圆形柱体及矩形柱体，对带圆形倒角的柱体的研究较少。倒角柱体能减小应力集中[6]，降低结构失效的可能性。Lam和Lo[7]在雷诺数Re=2 100方形四柱体布置条件下，分析了间距比和来流角度对柱体近尾流态和涡脱落频率的影响。Lam和Fang[8]分析了不同间距比变化对方形四柱体的受力影响，根据结果总结了柱体阻力系数的变化规律。……