祝志文　邓燕华

(湖南大学土木工程学院, 长沙　410082)



圆柱亚临界-临界-超临界流动特性的大涡亚格子模型比较研究*

祝志文†邓燕华

(湖南大学土木工程学院, 长沙410082)

为获取圆柱在亚临界、临界和超临界区内的气动特征,基于大涡模拟并分别采用Smagorinsky亚格子尺度模型和动力亚格子尺度模型计算了Re=4.1×104～8.2×105内的绕流场.将获得的圆柱定常与非定常气动特性与相关文献进行了对比.研究表明,两种亚格子模型均能给出圆柱升力系数平均值、RMS值和涡脱St数的合理估计,能预测阻力系数的下降.但两种亚格子模型均无法准确预测临界区阻力系数的快速下降、不同Re数下压力系数平均和RMS值在圆柱表面的分布.在临界和超临界区,Smagorinsky亚格子尺度模型可能高估了亚格子湍流粘性；相反,动态亚格子模型可能在流场部分区域明显低估了亚格子湍流粘性.

Smagorinsky模型,动态亚格子模型,气动特性,临界区

引言

土木工程结构如主缆、桥墩、拉索和吊杆,以及电视塔、桅杆、烟囱和冷却塔,甚至一些超高层建筑都具有圆形截面特征.这些工程结构不仅会受到流体的静荷载作用,产生内力和变形,甚至可能会在周期性流体动力作用出现大幅振动现象.虽然圆柱形截面外形简单,但其绕流形态如分离点位置(θs)等随Re数的变化而不断变化(见图1),其气动力和漩涡脱落表现出很强的Re数效应[1],其流体动力学特性远比具有尖锐棱角的钝体截面复杂.一般认为,在2×105

图1　圆柱流动特性的Re数分……