基于■转捩模型的高雷诺数旋转圆柱绕流数值研究

摘要

采用■转捩模型对高雷诺数下旋转圆柱绕流的壁面边界层的流动特征以及边界层的转捩现象进行数值模拟，用Re=5.0×10～3时的旋转圆柱绕流问题作为算例与直接数值模拟（direct numerical simulation,DNS）的结果进行了对比，验证了■转捩模型在模拟旋转圆柱绕流问题方面的准确性。然后分别对亚临界区、临界区和超临界区的旋转圆柱绕流问题进行数值模拟，分析了不同雷诺数和不同相对转速下旋转圆柱绕流的近壁面流动特征及表面时均压力系数、时均摩擦力系数，总结了圆柱表面绕流转捩位置相对转速的变化规律。结果表明，当自由来流雷诺数一定时，圆柱下表面来流与线速度方向一致处的转捩点随相对转速的增加而后移，圆柱上表面来流与线速度方向相反处的转捩点随相对转速的增加而前移。圆柱上表面来流与线速度方向相反处的流动分离是由于壁面黏性摩擦和逆压梯度共同作用下导致动能下降的结果，并且壁面的运动方向与主流方向相反更加剧了黏性摩擦对动能的耗散。圆柱下表面来流与线速度方向一致处的流动分离是由于背风面的逆压梯度致使壁面附近流体无法继续跟随壁面运动而产生回流的结果。

关键词

旋转圆柱绕流 / ■转捩模型 / 转捩现象 / 流动分离