Effect of Shape Modification on Flow Characteristics of the Circular Cylinder

Jiahuang TU; Zhihao ZHANG; Zhizhong WANG; Gang HU; Jingqun LIANG

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.201905050

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Effect of Shape Modification on Flow Characteristics of the Circular Cylinder

更新时间：2025-09-25

- Effect of Shape Modification on Flow Characteristics of the Circular Cylinder
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 41, Issue 5, Pages: 1071-1079(2021)
- 作者机构：
  
  1.湘潭大学土木工程与力学学院，湖南湘潭　411105
  2.岩土力学与工程安全湖南省重点实验室，湖南湘潭　411105
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.201905050
  CLC： O355
- Published：15 October 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
涂佳黄,张志豪,王志忠等.外形变化对圆柱体结构绕流特性的影响∗[J].防灾减灾工程学报,2021,41(05):1071-1079.

TU Jiahuang,ZHANG Zhihao,WANG Zhizhong,et al.Effect of Shape Modification on Flow Characteristics of the Circular Cylinder[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(05):1071-1079.
涂佳黄,张志豪,王志忠等.外形变化对圆柱体结构绕流特性的影响∗[J].防灾减灾工程学报,2021,41(05):1071-1079. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.201905050.

TU Jiahuang,ZHANG Zhihao,WANG Zhizhong,et al.Effect of Shape Modification on Flow Characteristics of the Circular Cylinder[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2021,41(05):1071-1079. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.201905050.

摘要

基于CFD流体计算平台Fluent计算软件，对雷诺数

=3 900下波浪型圆柱体结构三维绕流问题进行了研究，主要分析波长比（

λ/D

=1.8~5.0）与波幅比（

a/D

=0.05~0.2）两个关键参数对波浪型圆柱体的绕流特性及其尾流场分布特性的影响且引入了光滑圆柱（UC）计算结果作对比，并进一步揭示其内在的尾流控制机理。研究表明：波浪型圆柱体尾流特性存在强烈的三维效应，节点处与鞍形处流场特性分布存在明显差异；波浪型圆柱尾流区的顺流向时均速度分布呈现出半对称U型，而轴向方向的时均速度分布则呈现出强烈的三维效应；波浪型柱体沿径向方向压力分布也呈现出强烈的三维效应，一般在节点处的压力达到最小值，在中间截面处压力值达到最大；随波幅比增大，阻力系数平均值与脉动性升力系数大致呈现出衰减趋势，并在

a/D

=0.2处达到最小值。波浪型柱体结构压差阻力的减少为结构流动控制提供相关支撑。

Abstract

Using the software Fluent on the computational fluid dynamics （CFD） platform， the three-dimensional flow problem of the wavy cylinder at the Reynolds number

=3900 is studied. The wavelength ratios （

=1.8~5.0） and the amplitude ratios （

=0.05~0.2） are mainly considered. The influence of the two parameters on the flow characteristics of the wavy cylinders and the distribution characteristics are analyzed in the wake field and the calculation results of the unmodified cylinder （UC） are introduced for comparison. The research shows that there is a strong three-dimensional effect in the flow field distribution between the node and the saddle. The mean streamwise velocity distribution in the wake of wavy cylinder exhibits a semi-symmetrical U shape. The pressure and axial mean velocity distribution of the wavy cylinder in the spanwise direction also exhibits a strong three-dimensional effect. The minimum values of pressure change to the middle plane， while the maximum values are at nodal planes. With the increase of the amplitude ratio， the mean drag coefficient and the fluctuating lift coefficient are generally reduced， and reach minimum values at

=0.2. Finally， the reduction in the differential pressure drag of the wavy cylinder provides relevant support for the flow control.

关键词

Keywords

references

Demartino C ， Ricciardelli F . Aerodynamics of nominally circular cylinders： A review of experimental results for Civil engineering applications ［J］. Engineering Structures ， 2017 ， 137 ： 76 - 114 .

Lam K ， Wang F H ， So R M C . Three-dimensional nature of vortices in the near wake of a wavy cylinder ［J］. Journal of Fluids and Structures ， 2004 ， 19 （ 6 ）： 815 - 833 .

邹琳，林玉峰 . 亚临界雷诺数下波浪型圆柱绕流的数值模拟及减阻研究［J］. 水动力学研究与进展， 2010 ， 25 （ 1 ）： 31 - 36 .

Zou L ， Lin Y F . Numerical simulation of turbulent flow around wavy cylinders at a subcritical Reynolds number and the investigation on drag reduction ［J］. Journal of Hydrodynamics ， 2010 ， 25 （ 1 ）： 31 - 36 . （in Chinese）

邹琳，汪秒，熊灿，等 . 三维波浪型斜拉索横向受迫振荡数值研究［J］. 应用力学学报， 2016 ， 33 （ 5 ）： 813 - 819 .

Zou L ， Wan M ， Xiong C ， et al . Numerical study on lateral forced oscillation of three-dimensional wave type stay cable ［J］. Chinese Journal of Applied Mechanics ， 2016 ， 33 （ 5 ）： 813 - 819 . （in Chinese）

龚细斌 . 波浪形圆柱涡激振动机理的数值研究［D］. 武汉：武汉理工大学， 2014 .

Gong X B . Numerical investigation on vortex-induced vibration mechanism of a wavy cylinder ［D］. Wuhan ： Wuhan University of Technology ， 2014 . （in Chinese）

Lin Y F ， Bai H L ， Alam M M ， et al . Effects of large spanwise wavelength on the wake of a sinusoidal wavy cylinder ［J］. Journal of Fluids and Structures ， 2016 ， 61 ： 392 - 402 .

Zhang K ， Hiroshi K ， Zhou D ， et al . Numerical study on the effect of shape modification to the flow around circular cylinders ［J］. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics ， 2016 ， 152 ： 23 - 40 .

Zhang K ， Hiroshi K ， Zhou D ， et al . Large eddy simulation of flow over inclined wavy cylinders ［J］. Journal of Fluids and Structures ， 2018 ， 80 ： 179 - 198 .

New T H ， Shi S X ， Liu Y Z . On the flow behaviour of confined finite-length wavy cylinders ［J］. Journal of Fluids and Structures ， 2015 ， 54 ： 281 - 296 .

Yan T ， Wang R ， Bao Y ， et al . Modification of turbulent wake characteristics by two small control cylinders at a subcritical Reynolds number ［J］. Physics of Fluids ， 2018 ， 30 ： 105106 .

赵伟文，万德成 . 用SST-DES和SST-URANS方法数值模拟亚临界雷诺数下三维圆柱绕流问题［J］. 水动力学研究与进展， 2016 ， 31 （ 1 ）： 1 - 8 .

Zhao W W ， Wan D Ch . Numerical study of 3D flow past a circular cylinder at subcritical Reynolds number using SST-DES and SST-URANS ［J］. Journal of Hydrodynamics ， 2016 ， 31 （ 1 ）： 1 - 8 . （in Chinese）

战庆亮，周志勇，葛耀君 . Re=3900圆柱绕流的三维大涡模拟［J］. 哈尔滨工业大学学报， 2015 ， 47 （ 12 ）： 75 - 79 .

Zhan Q L ， Zhou Zh Y ， Ge Y J . 3-Dimensional large eddy simulation of circular cylinder at Re=3900 ［J］. Journal of Harbin Institute of Technology ， 2015 ， 47 （ 12 ）： 75 - 79 . （in Chinese）

Lehmkuhl O ， Rodríguez I ， Borrell R . Low-frequency unst-eadiness in the vortex formation of a circular cylinder ［J］. Physics of Fluids . 2013 ， 25 （ 8 ）： 290 - 304 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

No data

Related Institution

No data

⁰