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初嘗Fluent丨塔器防振設(shè)計(jì) 之 卡門渦街仿真

時(shí)間:2020-09-29 來源:盧梭說壓力容器 瀏覽:
風(fēng)載作下的塔器,事實(shí)上就是流體力學(xué)中的經(jīng)典問題——圓柱繞流。已有不少研究者借助Fluent、CFX等CFD軟件對(duì)此進(jìn)行了研究,例如:

[1]蘇文獻(xiàn), 金玉龍, 韓超. 單塔風(fēng)誘導(dǎo)振動(dòng)破壞分析[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 35(4).

[2]趙菲. 大型直立設(shè)備組合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和誘導(dǎo)振動(dòng)分析[D]. 北京: 北京化工大學(xué), 2013

[3]李曉琳. 塔器擾流器設(shè)計(jì)及防振性能研究[D]. 天津: 天津大學(xué), 2014

[4]王恒宇. 高塔流固耦合振動(dòng)特性分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究[D]. 湘潭: 湘潭大學(xué), 2015.

[5]邱雅柔. 塔設(shè)備振動(dòng)對(duì)氣動(dòng)特性影響及其風(fēng)致其振判別方法研究[D]. 杭州: 浙江工業(yè)大學(xué), 2018。

感覺這是一個(gè)值得探索的領(lǐng)域,所以也趁著假期,撿起了流體力學(xué),找了些書、視頻教程學(xué)習(xí)了下計(jì)算流體力學(xué)CFD軟件Fluent,從最為經(jīng)典的圓柱繞流做起。經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的嘗試,終于感覺有點(diǎn)眉目了。做了一個(gè)雷諾數(shù)Re=3900,圓柱直徑0.010m,介質(zhì)為水(剛開始用空氣,但空氣密度、黏度太小了,對(duì)計(jì)算要求較高)的二維仿真。
Re=3900的圓柱繞流也是長久以來大家研究的一個(gè)經(jīng)典問題,其公認(rèn)的阻力系數(shù)、斯特羅哈數(shù)分別為0.99、0.2左右,見下方截圖,截圖來自文獻(xiàn):于定勇, 等. 并列雙圓柱繞流的水動(dòng)力學(xué)特性研究[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 45(5).

仿真在ANSYS Workbench平臺(tái)中進(jìn)行,主要過程包括:建模,劃分網(wǎng)格(及邊界命名),然后在Fluent中選擇計(jì)算模型(采用SST K-ω),選擇材料給定邊界條件(主要是輸入進(jìn)口速度),設(shè)定參考值(輸入特征長度等,會(huì)影響阻力升力系數(shù),但不影響力的大?。?/span>定義監(jiān)視器(設(shè)定迭代誤差,輸出阻力升力曲線等),初始化,設(shè)置時(shí)間步、步數(shù),等,然后開始計(jì)算。其中最為重要的是網(wǎng)格劃分時(shí)間步,需要多次試算、驗(yàn)證。

邊界條件如下:

 
 
圓柱壁面附近網(wǎng)格:
 
 
一、時(shí)間步為0.01s時(shí),得到的速度云圖、阻力系數(shù)曲線圖、升力系數(shù)經(jīng)FFT變換得到的斯特羅哈數(shù),分別見下面幾個(gè)截圖。0.01步長計(jì)算得到的平均阻力系數(shù)Cd為0.94左右,但沒有明顯的周期,斯特羅哈數(shù)St為0.16,兩個(gè)數(shù)都不太可信。
 
 
 
 
二、時(shí)間步長為0.001s時(shí),速度云圖、Cd、St分別見下面幾個(gè)圖。這回計(jì)算時(shí)間比較長,旋渦脫落也比較明顯了,St基本上準(zhǔn)確,但Cd誤差較大。還需要進(jìn)一步的研究學(xué)習(xí)。
 
 
 
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