绕流圆柱实验

不同雷诺数下的圆柱绕流数值模拟研究引言：圆柱绕流是流体力学领域中一个经典的、被广泛研究的问题。

在众多的工业应用中，圆柱绕流的研究对于风力发电机组的设计优化、管道内部液体运动的控制等方面具有重要实际意义。

雷诺数是描述流体流动的一个无量纲参数，它与流体的流速、流体的粘性有关。

本文将对不同雷诺数下的圆柱绕流进行数值模拟研究。

方法：数值模拟是一种有效的研究流体力学问题的方法，它能够通过计算机模拟得到流体的速度场、压力场等关键参数，从而进一步分析流体的特性。

在本文中，我们将使用计算流体力学方法进行圆柱绕流的数值模拟研究。

结果与讨论：我们选取了不同雷诺数的圆柱绕流作为研究对象，分别为200、400、600、800和1000，通过数值模拟得到了不同雷诺数下的圆柱绕流的速度场和压力场等关键参数。

首先，我们分析了速度场的分布。

通过数值模拟可以得到圆柱绕流过程中流体速度的分布情况。

随着雷诺数的增加，流体速度场呈现出不同的特征。

在雷诺数较低的情况下，流体绕圆柱流动的速度场分布较为简单，流速主要集中在圆柱前部和尾部。

随着雷诺数的增加，流体速度场呈现出更复杂的结构，流速分布更加均匀。

其次，我们研究了压力场的分布。

通过数值模拟可以得到圆柱绕流过程中流体压力的分布情况。

在不同雷诺数下，圆柱周围存在不同的压力区域。

当雷诺数较低时，圆柱前后表面存在较大的压差，压力分布较为不均匀。

而当雷诺数增加时，压力分布更加均匀，圆柱表面的压力变化较小。

最后，我们研究了绕流过程中的阻力情况。

通过数值模拟得到了不同雷诺数下圆柱绕流过程中的阻力系数。

我们发现，随着雷诺数的增加，阻力系数逐渐增大。

这是因为当雷诺数较低时，流体绕圆柱流动的速度较低，阻力较小；而当雷诺数增加时，流体流动速度较高，阻力也逐渐增大。

结论：本文通过数值模拟的方式研究了不同雷诺数下的圆柱绕流问题。

通过分析速度场、压力场和阻力系数等关键参数，我们得出了以下结论：随着雷诺数的增加，流体速度场更加复杂，流速分布更加均匀；压力场分布更加均匀，圆柱表面的压力变化较小；阻力系数随着雷诺数的增大而增加。

圆柱绕流不同物理参数和几何参数对速度场,温度场和浓度场的影响规律1. 引言1.1 概述本文旨在研究圆柱绕流中不同物理参数和几何参数对速度场、温度场和浓度场的影响规律。

圆柱绕流是一个经典的流体力学问题，在领域内具有广泛的应用价值和研究意义。

通过深入分析和探讨，能够更好地了解不同物理参数和几何参数对流体行为的影响机制，进而优化工程设计和预测环境效应。

1.2 文章结构本文将围绕圆柱绕流问题展开研究，分为六个主要部分进行阐述。

首先是引言部分，简要介绍文章的背景和目的；其次是圆柱绕流介绍，包括物理参数和几何参数的定义以及它们对流体行为的影响；然后依次探讨速度场、温度场和浓度场各自的影响规律，包括不同物理参数和几何参数对其的影响；最后在结论与讨论中总结研究结果，并提出未来可能的改进方向。

1.3 目的本文旨在通过对圆柱绕流中不同物理参数和几何参数的影响规律进行研究，探索其对速度场、温度场和浓度场等关键参数的影响机制。

通过深入分析不同参数变化对流体行为的影响，可为相关工程设计和环境预测提供理论依据。

同时，通过总结结论，还能够为未来进一步改进研究提供参考方向，推动该领域的发展与应用。

2. 圆柱绕流介绍:2.1 物理参数的定义和影响:物理参数是指在圆柱绕流中影响速度场，温度场和浓度场的相关因素。

其中包括雷诺数(Re)、普朗特数(Pr)和斯特劳哈尔数(Sc)等。

- 雷诺数(Re): 定义为惯性力与粘性力之间的比值，可以用来描述流动的稳定性和流态的变化。

较小的雷诺数表示层流，而较大的雷诺数表示湍流。

当雷诺数增大时，湍流现象会更加明显。

- 普朗特数(Pr): 表征了传导热量与对流热量传递的比值。

较小的普朗特数意味着对流传热相对较强，而较大的普朗特数则意味着传导传热相对较强。

普朗特数还可以反映物质在流动中扩散过程的快慢。

- 斯特劳哈尔数(Sc): 描述了质量扩散与动量扩散之间关系的参数。

它衡量了浓度扩散速率与动量扩散速率之间的比例关系。

亚临界雷诺数下串列双圆柱与方柱绕流的数值模拟摘要：本文运用Fluent软件中的RNG k-ε模型对亚临界雷诺数下二维串列圆柱和方柱绕流问题进展了数值研究，通过结果比照，分析了雷诺数、柱体形状对柱体绕流阻力、升力以与涡脱频率的影响。

一般而言，Re数越大，方柱的阻力越大，圆柱体如此不然；而Re越大，两种柱体的升力均越大。

相对于圆柱，同种条件下，方柱受到的阻力要大；相反地，方柱涡脱落频率要小。

Re越大，串列柱体的Sr数越接近于单圆柱体的Sr数。

关键字：圆柱绕流、升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔数在工程实践中，如航空、航天、航海、体育运动、风工程与地面交通等广泛的实际领域中，绕流研究在工程实际中具有重大的意义。

当流体流过圆柱时, 由于漩涡脱落，在圆柱体上产生交变作用力。

这种作用力引起柱体的振动与材料的疲劳，损坏结构，后果严重。

因此，近些年来，众多专家和学者对于圆柱绕流问题进展过细致的研究，特别是圆柱所受阻力、升力和涡脱落以与涡致振动问题。

沈立龙等[1]基于RNG k⁃ε模型，采用有限体积法研究了亚临界雷诺数下二维圆柱和方柱绕流数值模拟，得到了圆柱和方柱绕流阻力系数C d与Strouhal 数随雷诺数的变化规律。

姚熊亮等[2]采用计算流体软件CFX中LES模型计算了二维不可压缩均匀流中孤立圆柱与串列双圆柱的水动力特性。

使用非结构化网格六面体单元和有限体积法对二维N- S方程进展求解。

他们着重研究了高雷诺数时串列双圆柱在不同间距比时的压力分布、阻力、升力与Sr数随Re数的变化趋势。

费宝玲等[3]用FLUENT软件对串列圆柱绕流进展了二维模拟，他们选取间距比L/D(L 为两圆柱中心间的距离，D为圆柱直径)2、3、4共3个间距进展了数值分析。

计算均在Re = 200 的非定常条件下进展。

计算了圆柱的升阻力系数、尾涡脱落频率等描述绕流问题的主要参量，分析了不同间距对圆柱间相互作用和尾流特征的影响。

圆柱绕流的一个重要特征是流动形态取决于雷诺数。

空气绕圆柱体流动压力分布测定空气绕圆柱体流动压力分布测定一 实验目的学习固体表面压力的测量方法结合流体力学,进一步了解平行无环流绕流圆柱体的特点*(较高要求) 与教材给出的理论压力分布比较,了解实际物体所受的形状阻力的来源 二 实验原理理想流体平行流绕流圆柱体作无环量流动时，圆柱表面速度分布θθsin 20∞-==u u u(1)圆柱表面任一点的压力p 根据Bernoulli 方程g u p g u p22220∞∞+=+γγ(2)引入无量纲压力系数 c p 来表征物体上任一点的压力分布221∞∞-=u p p c p ρ（3）实际流体具有粘性，Re 超过某数值，圆柱后产生涡流，出现尾涡区，破坏圆柱前后压力的对称分布，造成压差阻力。

流动动压∞-p p 0221∞=u ρ)(81.90∞-=h h(4)式中h 0h ∞分别为来流总压与静压水头。

圆柱表面一点的压力p)(81.9∞∞-=-h h p p(5)对应的压力系数 ∞∞∞∞--=--=h h h h p p p p c p00(6)实验中的空气发生比较低速的流动，可认为空气不可压，密度不变；又空气经过均流段后流经圆柱，可认为平行定常流。

实验流动的雷诺数νD u ∞=Re 式中D 为圆柱外直径。

三 实验设备实验系统仍利用箱式风洞，圆柱体置于实验段。

圆柱表面有一测压孔，压力信号从与圆柱体相垂直的方向上引出，圆柱能够绕自深轴线转动。

压力引出的位置由相对来流前驻点的角度θ表示。

从圆形刻度盘读数。

圆柱体的上游来流截面架设皮托管，以测量来流总压（流速）。

四实验步骤1 安装皮托管2 开启风机，测量来流总压p0与静压p∞之差p0 - p∞3 转动圆柱体，每隔10º记录一次圆柱表面压力与来流静压之差p-p∞4 调节来流速度，测量不同Re数时的压力分布（说明：本装置仅可测试Re≤5×105的亚临界流动）5 实验结束，停止风机图1 实验装置示意1 箱式风洞2 实验段3 圆柱体4 测压孔5 倾斜式微压计6 皮托管7 调节风门五 数据记录与处理室温t a 大气压强p a 空气运动粘度 m 2/s圆柱直径m D=48×10-3m 来流动压压头 来流静压压头 mmH 2Oaat p+=27346.0ρ h u ∆ρ81.92⨯=∞νD u ∞=Re填入下面的表格，画出压力系数随角度变化的图线，如图2所示。