FLUENT圆柱绕流传热特征数值研究(2)

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5 不同Re和Ra数Nu曲线 28

5.1 Nu理论分析 28

5.2 FLUENT数值模拟结果 29

结论 34

致谢 35

参考文献 36

1 绪论

1.1课题研究背景及其意义

圆柱体结构是实际工程中常用的结构，在航空航天、桥梁建筑、暖通以及海底管道等领域有着广泛的应用。根据前人不断的探索和实验得出，圆柱体尾部Re在300～3×105时会出现明显的旋涡，而旋涡的周期性发放会产生周期性变化的力，这种力会对圆柱体造成周期性的破坏，并且会使圆柱产生振动，大大降低了圆柱体的疲劳强度。桥梁建筑以及海底管道等很多部分采用圆柱体建筑，因此必须采取措施仿真旋涡的产生和周期性发放。圆柱体管道也是常用的地热埋管和暖通传输常用的结构，它与周围环境会产生很强的对流传热，这会影响管道受热不均，从而降低管道的强度，因此对于圆柱体对流传热的分析具有重要的意义。论文网

1.2圆柱体绕流流场分析研究方法

实验和数值模拟式分析圆柱体绕流场常用的两种方法，两种方法各有优点和缺点，下面具体分析一下。

1.2.1实验方法

水池是人工建造可以模拟各种流场的实验工具，为了得到水射流的流场效果，本文建立了如图1所示的水池模型，通过射流实验，可以通过高清摄像技术记录圆柱体绕流流场。但是水池试验具有费用高、周期长、费力等缺点。因此有时对于简单的模拟工作，不将水池实验作为首选。

圆柱体绕流水池实验示意图

图1-1 圆柱体绕流水池实验示意图

图1-1所示为水池实验模型，通过将圆柱体放入水池中，通过水池流体的通入可以模拟当流体流经圆柱体时圆柱体周围的绕流情况，运用高清摄像头可以清晰的捕捉到如图1-2所示的涡街效果图.

图1-2 涡街效果图

1.2.2数值模拟方法

随着计算机技术以及硬件条件的改善，对于复杂流场的数值模拟成为可能，因此越来越多的专家和学者使用数值模拟的方法来研究流场的分布情况。数值模拟是在一系列条件约束下，对数学模型进行求解，而不是真实的物理模型，通过模型方程的结果得到计算数值和图像，解决工程问题中的各类问题。FLUENT对于流场的计算以流体力学方程为基础，在假设流体为不可压缩流体的前提下对质量连续方程，动量方程以及能量方程进行求解，并将方程进行离散，用一系列有限离散的变量集合来代替无限连续的物理场，如速度场和压力场，通过变量离散点之间的关系方程得到流场变量的近似值。

图1-3 数值模拟示意图

如图1-3所示为数值模拟计算结果示意图，通过数值模拟计算可以得到圆柱体绕流的速度分布，压力分布以及涡量分布。尽管数值模拟方法具有周期较短、成本低、最大化模拟真实和理想条件的能力、易于进行参数分析处理等优点，弥补了风洞试验的种种缺点。但是受到计算机条件的限制，数值模拟计算还达不到和实验一样的精度，对于其精确程度还需要进一步完善。

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要工作

本文采用数值模拟方法对圆柱体绕流不同Re和Ra数的流场进行了数值模拟分析，采用非定常来流条件和不同传热边界条件模拟进行分析研究。