邵 山, 陈少松, 魏 恺, 徐一航

(南京理工大学能源与动力工程学院, 江苏南京 210094 )

引 言

在海洋设施建设、 桥梁建设、 核反应堆散热装置等工程建设过程中， 大长细比柱群结构得到了广泛的应用. 圆柱串联排列时, 两圆柱之间的流动相互作用较强[1-5].

Zdravkovich[6]根据间距比L/D(L为两圆柱之间的距离,D为圆柱直径)的不同将流动划分为3种流型: (1)过度流, 即L/D很小, 两个圆柱体作为一个组合的单一绕流结构； (2)再附流, 即L/D中等大小时, 剪切层从上游的圆柱重新连接到下游的圆柱上; (3)脱落流, 即L/D很大时, Karman涡街从上游圆柱脱落. 在再附流和脱落流的边界处存在一个临界的L/D范围, 在这个范围内, 再附流和脱落流都间歇地出现, 从一种流型向另一种流型转换, 称为双稳态流[7]. Sakamoto等[8]和Alam等[9-10]对Re=6.5 × 104的串列圆柱进行了实验, 在脱落流状态下上游圆柱产生的涡引发下游圆柱涡脱落. 他们观察到, 对于给定的下游圆柱, 上游圆柱截面的变化会导致上游圆柱脱落频率的不同. 下游圆柱的涡脱落频率与上游圆柱的涡脱落频率相吻合.

近年来, 由于计算流体力学的迅速发展, 对两串联圆柱绕流的数值研究越来越多. Mittal等[11]采用有限元方法对Re=100和1 000，L/D=2.5和5.5两个串联缸的不可压缩流动进行了二维数值模拟, 结果表明Reynolds数和圆柱间隙比对圆柱后方流动有较大的影响. Papaioannou等[12]进行了二维和三维直接数值模拟, 重点研究了三维效果, 得出了二维模拟对脱落涡频率预测不足而三维模拟可以弥补这一缺陷的结论. Carmo等……