矩形柱气动性能的雷诺数效应及其流动机理

摘要

大长细比矩形截面柱广泛应用于超高层建筑和大跨度桥梁等风敏感结构.以宽高比B/D=1/3～6的矩形柱为研究对象，基于二维层流模型和三维大涡模拟湍流模型，在雷诺数Re=100～120 000范围内，研究了矩形柱的平均阻力系数（C_D）、斯托罗哈数（St）和平均风压系数（C_p）等气动性能的雷诺数效应及其绕流场的演变规律.结果表明，在本研究的宽高比和雷诺数范围内，矩形柱绕流特征可按宽高比分为三类.当B/D<2.5时，分离剪切层无再附现象，绕流场的转捩现象发生在Re=100～250；当雷诺数进一步增大后，矩形柱背风面负压强度增加，导致C_D增大.当2.5D和St也存在显著的雷诺数效应；而当Re≥1 000时，二者的雷诺数效应不明显.值得注意的是，对于B/D=2.5，当250≤Re≤500时，分离剪切层会发生再附，尾流长度随着雷诺数的增大而减小；而当Re≥1 000时，剪切层再附现象消失，尾流长度明显增加.

关键词

矩形柱 / 气动性能 / 流场结构 / 雷诺数 / 宽高比

Key words