烟囱横风向气动参数计算

烟囱横风向气动参数计算
以计算流体动力学软件FLUENT 为基础, 在网络并行环境下, 利用局域网搭建了并行计算平台。选用非平衡壁面函数(Non2equilibrium Wall Functions) 与可实现的k2E( Realizable k2E) 模型搭配使用。采用具有良好适应性的非结构网格, 网格尺寸由内至外逐渐增大。来流边界条件为速度入口, 切向速度取零, 为了和试验及已有文献数值结果进行比较, 计算雷诺数Re =13 000, 参考文[8] 做法, 来流湍流度取为10%; 流域出口边界条件选用压力出口, 压力取为10113kPa; 绕流物体表面采用无滑移壁面。
首先对方柱绕流和圆柱绕流进行了数值模拟, 得到计算域的涡量图, 所得横风向气动参数与文[ 6], [ 7] 数据吻合较好, 验证了本文方法的可靠性。在此基础上,对烟囱进行了非定常风场数值模拟, 获得了烟囱各典型剖面的升力系数和斯脱罗哈数。
1、经典钝体绕流问题的CFD 模拟
非定常绕流数值迭代计算以定常绕流计算结果为初场, 计算由于尾流漩涡脱落引起的非定常风流场。计算无量纲时间步长为0102。
图2, 3 分别为方柱、圆柱绕流非定常风场稳定后某个相位上的涡量图, 可以看出, 在方柱或圆柱下游风场呈现出卡门涡街流动状态, 涡之间以交错排列形式进行。由此得到: 完全发展方柱绕流的CL, rms= 01579,St= 01135, 同文[ 8] 给出的相近雷诺数方柱绕流结果( CL, rms= 01552, St= 01141) 比较一致; 完全发展圆柱绕

流的CL, rms= 01253, St= 01196, 同文[ 6] 给出的相近雷诺数圆柱绕流结果( CL, rms = 01266, St = 01202) 吻合很好。
2、烟囱横风向气动参数计算
烟囱外形由底至顶呈流线型变化, 参照设计部门提供的初步设计图纸, 共给出了6 个不同标高处的剖面图, 如图4 所示。
烟囱外形, 除? 0100m 标高处为圆形外, 其余标高处均有长轴和短轴之分, 所以, 烟囱每个剖面分为长轴迎风和短轴迎风两种工况进行计算分析。图5 为烟囱坐标方位及风向示意图。

非定常绕流数值迭代计算以定常绕流计算结果为初场, 计算无量纲时间步长为0102。限于篇幅,
仅以烟囱110~ 210m 标高处剖面的计算分析为例进行说明。图6为烟囱短轴迎风时非定常风场稳
定后某个相位上的涡量图, 图7 为烟囱长轴迎风时非定常风场稳定后某个相位上的涡量图。对比图6 和图7 可以看出, 同一个结构在不同的来流风作用下, 其尾流中漩涡生长有很大的不同,而尾流形状的不同是致使结构气动力参数不同的主要原因。烟囱横风向气动参数为: 长轴迎风时, St= 0115, CL, rms = 0137; 短轴迎风时, St= 0120, CL, rms = 0130。