程友良 焦慎俐 许 强 刘 鑫

(华北电力大学(保定)动力工程系,河北保定 071000)

引言

柱体绕流这一现象普遍存在于自然界,最早注意到这一现象的是意大利著名画家达·芬奇.法国科学家Benard 于1908 年进行了圆柱绕流实验,最早在实验中发现绕流圆柱后出现的涡旋脱落现象.1911 年冯·卡门教授对圆柱绕流后的涡旋脱落现象进行了理论推导,确定了涡旋生成的条件[1].1925 年,Relf 等[2]通过在均匀水流中喷射油的方法,对Re=1100、自转速比为0～ 10.4 时旋转圆柱的流场进行摄影,得到了5 种转速比流场的概貌.1959 年,Taneda[3]对圆柱绕流的尾流和涡街进行实验研究,结果表明当Re>45 时尾流处出现卡门涡街,且涡在下游发展处形成了二次卡门涡街.基于实验和数值模拟的方法,Tamura 等[4-7]通过对方柱绕流研究,发现相较于尖角方柱,圆角r/D=1/6 方柱的平均阻力和升力有一定的减小.Kawai[8]通过方棱柱和矩形棱柱的风洞实验,指出圆角、切角、凹角3 种处理方法中,圆角化处理对方棱柱的气动弹性不稳定性抑制效果最好,风致振动的幅值随着圆角参数的增大而减小.Hu 等[9]基于不同转角半径方柱的近尾迹实验研究,指出当r/D从0 增大到1/2 时,脱落涡的最大强度逐渐减弱,与涡旋相关的环流逐渐减小50%,斯特劳哈尔数St增大约60%,涡旋对流速度随尾迹宽度增加约25%,涡旋形成长度和尾迹闭合长度增加近一倍.Shadaram 等[10]通过风洞试验对矩形柱体的绕流进行研究,结果表明尾流处的湍流强度与方柱的长宽比有关,但在高雷诺数下斯特劳哈尔……