祝志文

(湖南大学 风工程试验研究中心，长沙 410082)

圆柱绕流即为经典的流体力学问题，亦为流场配置最简单、最基本的钝体绕流。由于圆柱绕流随流动Re数的变化呈现极复杂的变化特征，因此吸引诸多研究者以期从流动试验或数值模拟上解释其流动形态与机理［1］。以往因受计算资源限制，圆柱体绕流数值模拟通常在较低的Re数下进行［2］。虽CFD模拟可用于桥梁抗风［3-4］，但斜拉桥拉索在高风速下Re数一般在105以上，属于高Re数范围，相关数值模拟报导较少。众所周知，圆柱绕流随流动Re数、来流条件及圆柱表面粗糙度的变化呈现极复杂的变化特征，尤其阻力系数呈现较显著的Re数效应，如图1所示［5］，其中Re＜2×105称为亚临界区，阻力系数的Re数效应并不明显。Re＞5×105称为超临界区，圆柱阻力系数随Re数的增大而缓慢增长。2×105＜Re＜5×105通常被定义为圆柱的临界Re数区。在斜拉索绝大部分工作状态风速下，其流动Re数可能均落在圆柱体的临界Re数区，其阻力系数随Re数的变化而快速变化，合理确定该阻力系数会有较大困难。

图1 圆柱体阻力系数随Re数变化曲线Fig.1 Drag coefficient of circular cylinder Vs.Re number

本文以直径D=0.12 m圆柱为研究对象，通过数值模拟获得圆柱气动力参数与漩涡脱落St数。基于CFD模拟的质量控制要求［6］，开展网格无关与计算时间步长无关检查。通过获得圆柱多个工作风速下的阻力系数与St数，与相关文献研究结果对比，评价二维RANS数值模型在获得高Re数圆柱绕流气动特性上的可行性，澄清CFD研究认识误区，为高Re数圆柱气动特性数值研究提供建议。……