python做圆柱绕流_圆柱绕流
對稱階段
二維圓柱低速定常繞流的流型只與Re數有關。在Re≤1時,流場中的慣性力與粘性力相比居次要地位,圓柱上下游的流線前后對稱,阻力系數近似與Re成反比(阻力系數為10~60),此Re數范圍的繞流稱為斯托克斯區;隨著Re的增大,圓柱上下游的流線逐漸失去對稱性。
U. Frisch, 1995, p3
U. Frisch, 1995, p4
當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,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,recirculating standing eddies),渦內流體自成封閉回路而成為“死水區”(阻力系數2~4);隨著Re的增大,死水區逐漸拉長圓柱前后流場的非對稱性逐漸明顯,此Re數范圍稱為對稱尾流區。
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,附著渦瓦解,圓柱下游流場不再是定常的,圓柱后緣上下兩側有渦周期性地輪流脫落,形成規則排列的渦陣,這種渦陣稱為卡門渦街;此Re數范圍稱為卡門渦街區(阻力系數1~2)。
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,因為周期性的渦階是完全的上下鏡像。且z方向上流動一致,z-invariance,(受限于圓柱一定有固定壁面,不可能無限長,實驗無法給出結果),有模擬指出40到75的Re會使z方向的流動一致受到自發破壞[Rivet, 1991]。
Re>300以后(not accurately known),圓柱后的“渦街”逐漸失去規則性和周期性,但分離點(約82度)前圓柱壁面附近仍為層流邊界層,分離點后為層流尾流。下圖顯示了2個對稱圓柱后的流動,Re=240。
雙圓柱,Re=240
繼續增大Re
雙圓柱,Re=1800
圓柱陣列,Re=1360
圓柱陣列
當Re*>200000~400000時(這個數字是百度百科里來的,似乎不準確,有待更新),層流邊界層隨時有可能轉涙為湍流,分離點后移至100度以后,湍流時繞流尾跡寬度減小,阻力系數驟減(從1減到0.2)。
充分發展湍流
總結
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