过渡流下异管径三圆柱模型的可视化实验研究文献综述

1.课题背景

1.1过渡流的介绍

过渡流是流体的一种流动状态。在液体流动中：当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或称为片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，并出现周期性涡脱现象，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小旋涡，称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。

这种变化可以用雷诺数来量化。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的湍流流场。

1.2课题来源

钝体绕流普遍存在于海洋、桥梁、建筑以及航空航天等领域中，例如高层建筑、海洋平台、高架桥、水下管道、动力设备中的管网和原子能反应堆中的换热器等^[1-2]。

钝体绕流时其尾流脱落的旋涡会引起不稳定的流体诱发力，进而使结构发生振动^[3]。结构或构件在旋涡导致的振动的长期作用下，会降低寿命，在特定条件下会由于发生涡激共振而破坏。这个问题一直以来都倍受工程师和研究人员所关注^[4]。异管径三圆柱作为圆柱列中的基本组成单元，也是工程中常见的一种结构形式。

关于单圆柱绕流的问题已有许多学者进行了研究。双圆柱绕流问题无论是串列、并列也都有许多作者进行了研究。当流体流过圆柱列时，由于多个柱体之间相互干扰，使得组成圆柱列中的圆柱所受流体力特性和流动结构与单圆柱和双圆柱绕流有明显区别。因此，本次将对不同横向间距下的异管径三圆柱圆柱列进行研究。

1.3国内外研究现状

国内方面，李椿萱等^[5]对在主圆柱尾流场的适当位置放置附属小圆柱时的流动特性及其对主圆柱绕流问题的影响进行了详细的数值模拟研究。计算结果表明，在小雷诺数范围内，附属小圆柱的数量对最佳抑制区域的存在与否影响不大。当附属小圆柱放在这个区域时，涡街被完全抑制，整个流场达到准定常状态；同时，阻力系数也显著下降。