Matlab圆球扰流,圆球绕流的数值模拟.ppt

时间: 2023-10-04 admin IT培训

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圆球绕流的数值模拟 目录 研究背景 数值方法 计算结果和分析 结论 一、研究背景 三维圆球绕流研究是流体力学中的基础性研究,流动形态和包含的复杂流动机制也一直是研究的重点,另外,圆球绕流问题在工程中也有广泛的应用背景。 在实验研究方面,取得了较为一致的结果。实验发现在Re大约在25左右的时候,圆球尾部出现了流动分离,产生对称性的涡环。在数值模拟方面,近年来关于圆球绕流的数值模拟普遍采用三维精细网格对圆球进行数值模拟。 由于数值模拟可以准确的给定Re数和各种边界条件,并且能节省实验时间和更详细的观察整个过程,具有实验不具备的优点,因此,本文采用数值模拟的方法来研究小雷诺数时圆球绕流问题。 二、数值方法 2.1 计算使用的模型 长方体的尺寸为150x150x600mm 圆球直径为150mm 圆球球心到入口面的距离为150mm 圆球位于中线上 2.2 网格划分 使用ICEM结构网格,网格质量均为0.5以上,网格总数为87万 2.3 数值计算方法 计算中非定常方法进行数值模拟。控制方程采用基于压力的隐式方法求解,二阶迎风格式进行离散,压力修正采用 SIMPLE 算法。 入口边界条件为速度入口,根据不同雷诺数换算出速度,出口条件为压力出口,壁面设置为无滑移壁面。 控制方程 边界条件和计算方法 三、计算结果和分析 3.1 不同雷诺数下的尾涡形态分析 (a)Re=20 (b)Re=26 图3-1 3.1.1 验证计算 与已有的文章中实验和数值模拟的结果作对比 图3-2 Re=26.8时的实验结果 图3-3 Re=25时的模拟结果 (a)Re=30 (b)Re=35 (c)Re=40 (d)Re=50 (e)Re=60 3.1.2不同雷诺数下尾涡形态对比 图3-4 图3-5 尾涡长度图 图3-6 测定方法 从图3-4和图3-5可以看出,在计算的雷诺数范围内,随着雷诺数的增加,尾涡大小也在增加 3.2 尾涡的发展过程 (a)t=0,NTS=0 (b)t=4,NTS=40 (c)t=5,NTS=50 (d)t=16,NTS=60 其中t=0时表示初始化的均匀流场,t为随根据时间步长推算出的时间,NTS表示进行的时间步数。 (e)t=7,NTS=70 (g)t=15,NTS=150 (f)t=8,NTS=80 从图中可以看出,当t=4时在圆球尾部出现了分离尾涡,之后尾涡慢慢的沿轴线发展,逐渐由流动分离转变成稳定的尾涡。 图3-7 3.3 圆球上的速度分布 为了方便描述,把圆球在x=0截面上等分成20个点,顺时针方向点1到点11面对来流方向,逆时针方向点1到点11为圆球的背面,最左边的点6为面对来流方向的最前点。 图 3-8 3.3.1雷诺数为30、40和60的速度折线图 图3-9 速度折线图 3.3.2 不同雷诺数的速度云图 图 3-10 x=0截面速度云图 (a)Re=30 (b)Re=40 (c)Re=50 (d)Re=60 3.3.3 Re=60速度云图的变化过程 3.4 圆球上的压力分布 图 3-11 3.4.1 总压分布 从图中可以看出,在点13和点19处压力最小,点14到点18的压力较大,与流线图对比,这部分也是出现尾涡的区域 3.4.2 不同雷诺数的压力云图 (a)Re=30 (b)Re=40 (c)Re=50 (d)Re=60 图 3-12 x=0截面的压力云图 3.4.3 静压分布 图 3-13 静压折线图 对比分析图3-11和3-12,在点1和11的位置上静压最小,这是因为在这两个点上虽然速度较大,但是总压较小,因此综合起来静压最小。从图中也可以看出,压力的分布也具有明显的对称性。 (a)Re=30 (b)Re=40 (c)Re=50 (d)Re=60 3.4.4 不同雷诺数的静压云图 图 3-14 X=0截面的静压云图 结论 雷诺数为26的时候产生分离尾涡,在计算的雷诺数范围内,随着雷诺数的增加,尾涡长度也在增加; 圆球前端面上最前端的速度最小,向两侧分布速度变大,圆球背面形成尾涡的区域速度最低; 从圆球垂直于轴线的中间截面上看,远离球心的点上静压最小; 圆球后面形成尾迹对速度和全压都有影响,对静压的影响不大。