圓柱繞流

對稱階段

二維圓柱低速定常繞流的流型只與Re數(shù)有關(guān)。在Re≤1時俐镐,流場中的慣性力與粘性力相比居次要地位篱蝇,圓柱上下游的流線前后對稱,阻力系數(shù)近似與Re成反比(阻力系數(shù)為10~60)悬而,此Re數(shù)范圍的繞流稱為斯托克斯區(qū);隨著Re的增大锭汛,圓柱上下游的流線逐漸失去對稱性笨奠。


U. Frisch, 1995, p3

U. Frisch, 1995, p4

當(dāng)Re>4 (Re around 5)時,沿圓柱表面流動的流體在到達圓柱頂點(90度)附近離開壁面唤殴,分離后的流體在圓柱下游形成一對固定不動的對稱漩渦(附著渦般婆,recirculating standing eddies),渦內(nèi)流體自成封閉回路而成為“死水區(qū)”(阻力系數(shù)2~4)朵逝;隨著Re的增大蔚袍,死水區(qū)逐漸拉長圓柱前后流場的非對稱性逐漸明顯,此Re數(shù)范圍稱為對稱尾流區(qū)配名。


U. Frisch, 1995, p5

非對稱階段

(Re around 40,the first true loss of symmetry occurs by an Andronov-Hopf bifurcation which makes the flow time-periodic)

The flow in the immediate neighborhood of the bifurcation point

Re>40以后啤咽,附著渦瓦解,圓柱下游流場不再是定常的渠脉,圓柱后緣上下兩側(cè)有渦周期性地輪流脫落宇整,形成規(guī)則排列的渦陣,這種渦陣稱為卡門渦街连舍;此Re數(shù)范圍稱為卡門渦街區(qū)(阻力系數(shù)1~2)没陡。


U. Frisch, 1995, p7

需要說明的是,此時流動在某種程度上還是上下對稱的索赏,因為周期性的渦階是完全的上下鏡像盼玄。且z方向上流動一致,z-invariance潜腻,(受限于圓柱一定有固定壁面埃儿,不可能無限長,實驗無法給出結(jié)果)融涣,有模擬指出40到75的Re會使z方向的流動一致受到自發(fā)破壞[Rivet, 1991]童番。

Re>300以后(not accurately known),圓柱后的“渦街”逐漸失去規(guī)則性和周期性威鹿,但分離點(約82度)前圓柱壁面附近仍為層流邊界層剃斧,分離點后為層流尾流。下圖顯示了2個對稱圓柱后的流動忽你,Re=240幼东。


雙圓柱,Re=240

繼續(xù)增大Re


雙圓柱,Re=1800

圓柱陣列根蟹,Re=1360

圓柱陣列

當(dāng)Re*>200000~400000時(這個數(shù)字是百度百科里來的脓杉,似乎不準(zhǔn)確,有待更新)简逮,層流邊界層隨時有可能轉(zhuǎn)涙為湍流球散,分離點后移至100度以后,湍流時繞流尾跡寬度減小散庶,阻力系數(shù)驟減(從1減到0.2)蕉堰。

充分發(fā)展湍流
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