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Control of Vortex Shedding and Drag Reduction through Dual Splitter Plates Attached to a Square Cylinder
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作者 Bhanuman Barman S. Bhattacharyya 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2015年第2期138-145,共8页
In this paper we have made a numerical study on the control of vortex shedding and drag reduction of a cylinder by attaching thin splitter plates. The wake structure of the cylinder of square cross-section with attach... In this paper we have made a numerical study on the control of vortex shedding and drag reduction of a cylinder by attaching thin splitter plates. The wake structure of the cylinder of square cross-section with attached splitter plates is analyzed for a range of Reynolds number, based on the incident stream and height of the cylinder, in the laminar range. The Navier-Stokes equations governing the flow are solved by the control volume method over a staggered grid arrangement. We have used the semi-implicit method for pressure-linked equation (SIMPLE) algorithm for computation. Our results show that the presence of a splitter plate upstream of the cylinder reduces the drag, but it has a small impact on the vortex shedding frequency when the plate length is beyond 1.5 time the height of the cylinder. The presence of a downstream splitter plate dampens the vortex shedding frequency. The entrainment of fluid into the inner side of the separated shear layers is obstructed by the downstream splitter plate. Our results suggest that by attaching in-line splitter plates both upstream and downstream of the cylinder, the vortex shedding can be suppressed, as well as a reduction in drag be obtained. We made a parametric study to determine the optimal length of these splitter plates so as to achieve low drag and low vortex shedding frequency. 展开更多
关键词 square cylinder splitter plate vortex shedding dragreduction semi-implicit method pressure-linked equation
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分流板对圆柱绕流湍流结构演化影响的实验研究
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作者 周建康 邱翔 +2 位作者 王伯福 周全 刘宇陆 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期75-89,共15页
采用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术实验研究了带分流板的圆柱绕流流动特性,分析了分流板对圆柱绕流湍流结构演化特性的影响。雷诺数为3.9×10^(3),分流板长度L与圆柱直径D之比L/D为0~2.50。实验结果表明,随着L/... 采用粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术实验研究了带分流板的圆柱绕流流动特性,分析了分流板对圆柱绕流湍流结构演化特性的影响。雷诺数为3.9×10^(3),分流板长度L与圆柱直径D之比L/D为0~2.50。实验结果表明,随着L/D从0增大至1.00,圆柱后方回流区长度和回流区面积显著增大;当L/D>1.00时,L/D对圆柱后方回流特性的影响较小。分流板影响圆柱绕流湍流结构的演化特性:当L/D<1.00时,分流板抑制尾涡脱落,斯特劳哈尔数Sr减小,L/D从0增大至1.00,Sr减小了26.34%。此外,圆柱尾涡在分流板后缘诱导形成旋转方向相反的二次涡,二次涡沿分流板向上游运动。1.00≤L/D<2.00时,分流板作用于圆柱尾涡,尾涡发生破碎,形成一些小尺度尾涡。L/D≥2.00时,尾涡附着于分流板上,二次涡主要分布于圆柱后方。随着L/D增大,分流板减小了圆柱后方的湍流脉动强度。 展开更多
关键词 圆柱绕流 分流板 尾涡 二次涡 粒子图像测速
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流向强迫振荡圆柱绕流的涡脱落模态分析 被引量:11
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作者 张宇飞 肖志祥 符松 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期408-416,共9页
通过求解采用ALE方法描述的运动坐标系Navier-Stokes方程组,分析均匀来流下雷诺数为150的静止和流向振荡的圆柱绕流.主要研究了强迫振荡频率和较大振幅比(A/D=0.3~1.2)对圆柱升力、阻力变化特性以及涡脱落模态的影响.研究表明,流... 通过求解采用ALE方法描述的运动坐标系Navier-Stokes方程组,分析均匀来流下雷诺数为150的静止和流向振荡的圆柱绕流.主要研究了强迫振荡频率和较大振幅比(A/D=0.3~1.2)对圆柱升力、阻力变化特性以及涡脱落模态的影响.研究表明,流向振荡圆柱绕流存在多种涡脱落模态,如对称S以及反对称A-Ⅰ, A-Ⅲ,A-Ⅳ等多种形式;比较研究结果,拓展了各模态下对应的锁定区域,并将其分为5个子区;A-Ⅰ模态中圆柱受力较以前所知更复杂;通过分析计算结果,发现最大加速度比Afc2/Dfs02可能是涡脱落模态(尤其是对称S模态)最有效的控制参数. 展开更多
关键词 圆柱绕流 ALE方法 流向振荡 涡脱落模态 最大加速度比
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隔离板对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落的抑制 被引量:8
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作者 王赛 邵传平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期787-791,共5页
用隔离板对直径为D,沿流向振荡的圆柱后涡脱落进行抑制.隔离板放于圆柱尾流中心线上,控制参数包括隔离板长度L/D以及隔离板前缘到柱体振荡中心的距离G/D.实验的雷诺数范围Re=V∞D/ν=1.01×104~1.69×104,柱体折减振频范围feD/... 用隔离板对直径为D,沿流向振荡的圆柱后涡脱落进行抑制.隔离板放于圆柱尾流中心线上,控制参数包括隔离板长度L/D以及隔离板前缘到柱体振荡中心的距离G/D.实验的雷诺数范围Re=V∞D/ν=1.01×104~1.69×104,柱体折减振频范围feD/V∞=0~0.03,柱体振幅固定为A/D=0.2.风洞烟线显示和热线测量结果表明:当G/D位于一个有效区域内时,可有效抑制振荡柱体尾流的旋涡脱落.该有效区的大小随着隔离板板长的增大而增大,随着Re数和圆柱振荡频率的增大而减小. 展开更多
关键词 振荡圆柱 旋涡脱落 隔离板
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横向振动方柱波动升力实验研究 被引量:4
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作者 呼和敖德 孟向阳 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1991年第5期525-532,T001,共9页
本文对均匀流中静止方柱和横向强迫振动的方柱进行了实验研究。实验雷诺数范围为 3×10~3~10~4,振幅与柱截面宽度之比 A/D 达到0.7,实验折合速度范围为 4.5≤V_r≤12。文章重点研究了较高振幅振动柱的锁定现象、波动升力与柱位移... 本文对均匀流中静止方柱和横向强迫振动的方柱进行了实验研究。实验雷诺数范围为 3×10~3~10~4,振幅与柱截面宽度之比 A/D 达到0.7,实验折合速度范围为 4.5≤V_r≤12。文章重点研究了较高振幅振动柱的锁定现象、波动升力与柱位移之间的相位变化,讨论了方柱涡激振荡、驰振和气动稳定性问题。对流场进行的流动显示,清晰地显示出锁定区涡脱落过程、近尾迹流场随振动频率和振幅的演化规律,从而对振动柱波动升力与相位变化的物理机制获得进一步认识。 展开更多
关键词 振荡柱 波动升力 涡脱落 尾迹
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尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟 被引量:1
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作者 何川 段志强 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第5期826-831,共6页
为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及... 为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%. 展开更多
关键词 圆柱绕流 分离隔板 旋涡脱落 数值模拟
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分离板对圆柱体涡激振动特性影响的数值分析 被引量:1
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作者 戴绍仕 张旭阳 +1 位作者 翟田磊 王芳咏 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期41-50,共10页
圆柱形结构广泛地存在于自然界及工程界中,因粘性流动分离所诱发的涡激振动抑制问题一直备受国内外学者的密切关注。分离板作为常用的被动流动控制装置,其对圆柱形结构涡激振动的影响和抑制的内在机理还尚待开展深入的研究。文中基于升... 圆柱形结构广泛地存在于自然界及工程界中,因粘性流动分离所诱发的涡激振动抑制问题一直备受国内外学者的密切关注。分离板作为常用的被动流动控制装置,其对圆柱形结构涡激振动的影响和抑制的内在机理还尚待开展深入的研究。文中基于升力振子模型和分离涡法(DES),结合异步迭代算法,采用SIMPLE算法和Newmark-β法对离散的流体和结构方程进行强耦合的数值求解。数值验证了基于分离涡强耦合算法的准确性,开展了不同约化速度下(0<U*<16.67)分离板(无因次流向长度L/D=0.5)对圆柱体单自由度涡激振动的影响研究,讨论分析了分离板对圆柱体尾涡模式、流体力响应、振动响应和频率特性的抑制效果,获得了临界流速。数值研究结果表明:当U*<10时,分离板对圆柱结构的涡激振动有显著的抑制作用,圆柱结构的最大振幅降低了约69%,频率锁定区域变窄,同时旋涡发放频率也明显下降,圆柱结构受到的平均阻力系数、均方根阻力系数和均方根升力系数分别降低了约40%、90%和52%;当U*>10时,分离板的存在会引起显著的驰振现象,圆柱振幅不断地增大;随U*的继续增加,剪切层在分离后又重新附着在分离板上,圆柱从水流中吸取能量且其远大于结构阻尼所消耗的能量,振幅继续增加并超过了光滑圆柱的振幅,圆柱振动显著加剧,分离板不能起到抑制圆柱振动的作用。 展开更多
关键词 圆柱 涡激振动 分离板 强耦合 分离涡法
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用非结构网格研究旋转振荡圆柱绕流 被引量:1
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作者 柏威 鄂学全 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第4期466-471,共6页
研究了雷诺数Re=200,1000,线速度比α=0.5,2.0,4.0,强迫振荡频率f_s=0.1~2.0情况下的旋转振荡圆柱绕流问题,通过基于非结构同位网格有限体积法对Navier-Stokes方程进行数值求解,对流项、扩散项和非恒定项的离散格式均具有二阶精度,利用... 研究了雷诺数Re=200,1000,线速度比α=0.5,2.0,4.0,强迫振荡频率f_s=0.1~2.0情况下的旋转振荡圆柱绕流问题,通过基于非结构同位网格有限体积法对Navier-Stokes方程进行数值求解,对流项、扩散项和非恒定项的离散格式均具有二阶精度,利用SIMPLE算法处理压力一速度耦合,计算得到了作用力系数随不同控制参数的变化规律,通过对升力系数的频谱分析得到自然脱落频率和强迫振荡频率下的作用力振幅,通过对不同频率作用力幅值的分析,得到频率之间的竞争关系,进而定量地给出了不同尾迹涡脱落模式的分区图。 展开更多
关键词 非结构网 旋转振荡圆柱 NAVIER-STOKES方程 涡脱落 作用力系数 升力系数
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前置隔板对圆柱绕流影响的实验分析 被引量:3
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作者 周潇 胡烨 王晋军 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期172-179,共8页
对经典的圆柱绕流模型,运用前置隔板对流场进行控制。利用粒子图像测速(PIV)方法在自循环水槽中研究了雷诺数为1 800时,柔性和刚性2种不同刚度的前置隔板对圆柱绕流的影响。研究发现:柔性隔板自由端的弯曲增加了对流场的额外扰动,并且... 对经典的圆柱绕流模型,运用前置隔板对流场进行控制。利用粒子图像测速(PIV)方法在自循环水槽中研究了雷诺数为1 800时,柔性和刚性2种不同刚度的前置隔板对圆柱绕流的影响。研究发现:柔性隔板自由端的弯曲增加了对流场的额外扰动,并且柔性隔板弯曲变形会诱导产生脱落涡,导致尾迹流场的主频发生变化。在圆柱下游流场,无隔板工况与柔性隔板工况的回流区长度相当,刚性隔板工况的回流区相较之下则更长。结果显示:前置隔板还能在一定程度上减小圆柱绕流的阻力。 展开更多
关键词 圆柱 涡结构演化 前置隔板 柔性材料 粒子图像测速(PIV)
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流道内分隔板长度对方柱绕流特性的影响 被引量:1
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作者 李金生 张力 +1 位作者 丁林 杨仲卿 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期2172-2180,共9页
为了揭示流道内方柱-分隔板钝体的绕流特性及分隔板长度对尾迹脱涡的影响,对低雷诺数(Re=150)下阻塞比为1/6的流道内的方柱-分隔板结构进行数值研究,讨论方柱和分隔板的受力及自由剪切层的变化趋势.结果表明:在有限流道内,分隔板对方柱... 为了揭示流道内方柱-分隔板钝体的绕流特性及分隔板长度对尾迹脱涡的影响,对低雷诺数(Re=150)下阻塞比为1/6的流道内的方柱-分隔板结构进行数值研究,讨论方柱和分隔板的受力及自由剪切层的变化趋势.结果表明:在有限流道内,分隔板对方柱的尾流结构产生了明显的影响,抑制了尾流区剪切层之间的相互作用,并在一定范围内使方柱阻力减小;随着分隔板长度L的变化(0D^6 D,D为方柱边长),流动特性呈现出3个不同阶段,即当0≤L/D≤1.00时,随着板长度的增加,自由剪切层沿顺流方向逐渐下移;当1.25≤L/D≤4.50时,自由剪切层在板尾端卷起并在分隔板尾迹边缘清晰地出现二次涡;当L/D≥4.75时,分隔板完全阻断剪切层之间的相互作用,使自由剪切层再次附着在分隔板上. 展开更多
关键词 方柱 分隔板 阻塞比 流动特性 旋涡脱落
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风嘴对旋转振荡板旋涡脱落的控制 被引量:1
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作者 陈子祺 邵传平 《力学与实践》 北大核心 2023年第1期33-41,共9页
5∶1矩形柱体被认为是通用桥面几何形状的代表,其简化模型可以用来进行风振控制的研究。风嘴作为一种常用的流动控制装置,能起到减阻和增加矩形板气动稳定性的效果,但控制装置对强迫振荡柱体的控制机理仍缺乏研究。研究者通过对节段模... 5∶1矩形柱体被认为是通用桥面几何形状的代表,其简化模型可以用来进行风振控制的研究。风嘴作为一种常用的流动控制装置,能起到减阻和增加矩形板气动稳定性的效果,但控制装置对强迫振荡柱体的控制机理仍缺乏研究。研究者通过对节段模型施加强迫振动,在实验模型前部施加边缘型对称型风嘴,研究控制装置对矩形板尾流旋涡脱落的影响。通过流动显示结果,总结了施加风嘴后的四种旋涡脱落模式。并通过快速傅里叶变化频域分析法,得到实验模型后缘X/D=10处的速度功率谱。施加风嘴控制能增大旋涡脱落频率,并抑制尾流旋涡脱落的能量。而数值模拟得到的不同实验工况下的升力均方根和力矩均方根显著减小,最大降幅分别为52%和23%,表明矩形板气动稳定性的提升和尾流不稳定性的减弱。 展开更多
关键词 矩形板 风嘴 旋涡脱落 流动控制 强迫振荡
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