计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (4): 418-426.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8441
收稿日期:
2021-08-24
出版日期:
2022-07-25
发布日期:
2022-11-17
通讯作者:
董宇红
作者简介:
林品亮, 男, 硕士研究生, 研究方向为流动控制
基金资助:
Pin-liang LIN, Huan-huan FENG, Yu-hong DONG*()
Received:
2021-08-24
Online:
2022-07-25
Published:
2022-11-17
Contact:
Yu-hong DONG
摘要:
建立多孔结构覆面柱体绕流模型, 采用含Darcy-Brinkman-Forchheimer作用力项的格子Boltzmann方程对覆盖多孔介质层的方柱绕流进行数值模拟, 研究多孔介质对钝体绕流流场特性的影响。结果表明: 相比于不可渗透壁的柱体, 引入合适参数的多孔介质覆面层后可以有效降低其升力脉动幅值, 但阻力有所增加。同时, 较高雷诺数下多孔方柱的数值模拟表明: 多孔介质壁面使得尾迹区域的剪切层相距更远, 降低了尾流处湍动能, 并将雷诺应力的峰值移动到尾迹区域, 抑制了方柱两侧的动量交换, 使动量交换的位置发生在尾迹区域, 继而使得尾迹的涡街更加规则化。
林品亮, 冯欢欢, 董宇红. 具有多孔介质覆面层的柱体绕流流场分析[J]. 计算物理, 2022, 39(4): 418-426.
Pin-liang LIN, Huan-huan FENG, Yu-hong DONG. Analysis of Flow Field Around a Cylinder with Porous Media Layer[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(4): 418-426.
clrms | Cd | St | |
Singh等[ | 0.161 | 1.52 | 0.159 |
Present | 0.159 | 1.51 | 0.158 |
表1 方柱绕流数值验证(Re = 100)
Table 1 Numerical verification of flow around a square column (Re = 100)
clrms | Cd | St | |
Singh等[ | 0.161 | 1.52 | 0.159 |
Present | 0.159 | 1.51 | 0.158 |
h/D | ϵ | Da | Cd [ | Cd(present) |
0.15 | 0.4 | 0.000 1 | 1.79 ± 0.08 | 1.80 |
0.15 | 0.4 | 0.000 01 | 1.62 ± 0.06 | 1.66 |
表2 多孔方柱数值验证(Re = 200)
Table 2 Numerical verification of porous square columns (Re = 200)
h/D | ϵ | Da | Cd [ | Cd(present) |
0.15 | 0.4 | 0.000 1 | 1.79 ± 0.08 | 1.80 |
0.15 | 0.4 | 0.000 01 | 1.62 ± 0.06 | 1.66 |
h/D | Cd | Clrms | Δ Cd | St |
0 | 1.8 | 1.14 | 2.4 | 0.149 5 |
10% | 2.13 | 1.139 | 1.8 | 0.164 8 |
15% | 2.13 | 1.05 | 3.38 | 0.180 1 |
20% | 2.24 | 0.13 | 0.618 | 0.180 1 |
25% | 2.27 | 0.37 | 1.41 | 0.181 6 |
30% | 2.26 | 0.7 | 2.26 | 0.143 4 |
表3 不同厚度的多孔方柱的气动参数及斯特劳哈尔数
Table 3 Aerodynamic parameters and Strauhal numbers of porous square columns with different thicknesses
h/D | Cd | Clrms | Δ Cd | St |
0 | 1.8 | 1.14 | 2.4 | 0.149 5 |
10% | 2.13 | 1.139 | 1.8 | 0.164 8 |
15% | 2.13 | 1.05 | 3.38 | 0.180 1 |
20% | 2.24 | 0.13 | 0.618 | 0.180 1 |
25% | 2.27 | 0.37 | 1.41 | 0.181 6 |
30% | 2.26 | 0.7 | 2.26 | 0.143 4 |
Re | Case | Cd | Clrms |
1 000 | 实心方柱 | 1.45 | 1.748 |
多孔方柱 | 2.147 | 0.749 | |
3 000 | 实心方柱 | 1.47 | 2.66 |
多孔方柱 | 1.90 | 0.83 |
表4 不同雷诺数下多孔方柱与实心方柱的动力学参数
Table 4 Dynamic parameters of a porous square column and a solid square column at different Reynolds numbers
Re | Case | Cd | Clrms |
1 000 | 实心方柱 | 1.45 | 1.748 |
多孔方柱 | 2.147 | 0.749 | |
3 000 | 实心方柱 | 1.47 | 2.66 |
多孔方柱 | 1.90 | 0.83 |
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