超椭圆柱及超椭圆颗粒群绕流的二维数值模拟

发布时间：2020-05-09 12:23

【摘要】：钝体绕流一直是流体力学中的经典问题,且广泛存在于工业中的各个领域。然而,由于钝体周围流体运动的复杂性,迄今对该流动现象的研究仍是不完整的,特别是对于具有复杂几何截面的超椭圆柱、超椭圆颗粒群的绕流分析,尚未形成系统的理论研究。本文采用有限体积法和自适应网格技术,对超椭圆柱在粘性、不可压缩流体中的物理性质进行了研究。并在此基础上,利用离散单元法堆积出超椭圆颗粒群,重点研究了超椭圆颗粒在流场中所受的阻力及周围流体的传热特性。本文运用Gerris软件模拟了在无限大流场中具有不同形状指数(n)、不同长径比(E)的超椭圆柱在不同来流攻角()、不同雷诺数(Re)的绕流过程,分析流场中流体的流动形态、受力特性和传热特性等,并计算出对应的压力系数(C_p)、阻力系数(C_d)和平均努塞尔数(Nu),揭示了各参数对绕流过程中的流体流动特性和传热特性的影响。基于上述模拟结果,本文提出了针对超椭圆柱表面C_d和Nu的计算公式。另一方面,本文还研究了孔隙率(k)在0.303~0.836范围内的超椭圆颗粒群在不同工况下的受力特性和传热特性。结果表明:(1)随着Re的增大,超椭圆颗粒表面的C_d逐渐减小而Nu逐渐增大;(2)随着k的增大,超椭圆颗粒群孔隙中的速度减小,颗粒表面C_d减小而Nu增大,且当0.6k时,C_d和Nu受k的影响较小;(3)在Re较低的工况中,超椭圆颗粒群中的表观速度与压力梯度满足达西定则,并且超椭圆颗粒群的渗透率(e)随k呈指数性增长。
【图文】：

图 2-1 超椭圆柱的截面形状无限大平面中的绕流运动，并考虑计算成本，，本形区域作为钝体绕流的流场。如图 2-2 所示，区域中，其质心位于(8D, 8D)。流体从左端的入以不同的攻角 流经超椭圆柱。同时，为了探究超椭圆柱表面设置一不为 0 的温度wT ，并将，来流攻角 为来流方向和超椭圆主轴方向的夹圆柱在流体运动方向的投影长度。

图 2-1 超椭圆柱的截面形状了模拟出无限大平面中的绕流运动，并考虑计算成本，本文选取一×32D 的矩形区域作为钝体绕流的流场。如图 2-2 所示，将一个固放置在该区域中，其质心位于(8D, 8D)。流体从左端的入口以恒定流入，并且以不同的攻角 流经超椭圆柱。同时，为了探究绕流过程，本文在超椭圆柱表面设置一不为 0 的温度wT ，并将入口处的流 0。其中，来流攻角 为来流方向和超椭圆主轴方向的夹角，特征 0° 时超椭圆柱在流体运动方向的投影长度。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O357.5

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本文编号：2656134