A Study of Shear Effect on Development of Flow Past a Circular Cylinder

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簡歷

基本資料

Project title

Code/計畫編號

NSC94-2611-E019-015

Translated Name/計畫中文名

剪切效應對圓柱流場發展的影響

Project Coordinator/計畫主持人

Jiahn-Horng Chen

Funding Organization/主管機關

National Science and Technology Council

Department/Unit

Department of Systems Engineering and Naval Architecture

Website

https://www.grb.gov.tw/search/planDetail?id=1147643

Year

2005

Start date/計畫起

01-08-2005

Expected Completion/計畫迄

01-07-2006

Bugetid/研究經費

547千元

ResearchField/研究領域

機械工程

" 眾所皆知，有關流體流動通過圓柱所形成的流場乃是個古典流體力學問題，研究的歷史已達百年以上；然而，這個問題至今仍是應用數學家、物理科學家和工程研究學者所鍾愛的領域，主要的原因是其流場幾何相當簡單，但所涵蓋的物理現象卻十分複雜，即使至今仍未能完全掌握。尤其有趣的是，隨著雷諾數的改變，各式基礎流體力學流場與應用流體力學流場的典型現象無不一一現形，其應用之廣可說不斷推陳出新。過去多年來，有許多學者研究剪切流（shear flow）對圓柱後方之渦漩散逸（vortex shedding）現象的影響，但研究相當零散。為瞭解此一現象，我們提出此一研究計劃，將運用適當的計算流體力學方法，建立適當的計算網格，試圖詳細探討剪切層流通過圓柱時所形成的流動現象，探討的現象將包括四種不同的剪切層流流場所造成的流場變化、迴流區出現的臨界雷諾數、以及渦漩流場的特性。我們擬探討的四種剪切流場包括：（一）圓柱置於兩無窮長之平板之間，無窮遠處之速度分佈為線性（即一板靜止不動、另一板以一定速度拖動所形成的流場），此流場之剪應力場為一常數。（二）圓柱置於兩無窮長之平板之間，無窮遠處之速度分佈為拋物線（即兩板靜止不動，施以一固定的壓力梯度所形成的流場），此流場之剪應力場為線性分佈。（三）圓柱置於單一半無窮長平板所形成的層流邊界層流場內，這是屬於外流場（external flow），具有較高階剪切效應。（四）圓柱置於半無窮長之平板之間，平板渠道入口為均勻流，圓柱置於入口流區中，前方中線上有一噴流（jet flow），我們希望能藉此模擬不連續的剪應力場效應。為探討此等現象，我們定義兩個參數。第一個參數是封阻係數（blockage coefficient），定義為圓柱的直徑與流場特徵長度（渠道寬度或圓柱所在之邊界層厚度）的比值；第二個參數為近壁間隙係數（gap coefficient），定義為圓柱邊緣離壁面之距離與特徵長度的比值。我們將變化此二參數，以圖建立這兩個參數之變化對流場結構發展的影響。封阻係數將選擇為0.1 變至0.5，間距是0.1；而近壁間隙係數的變化，將從 0.1（即對稱狀態）開始，以0.1 的間隔往上增加至適當的範圍（視圓柱之直徑而定）。我們特別要討論的範疇包括流場結構的變化、流場的剝離現象、以及渦漩流場的特性。因此，針對每組封阻係數與不對稱係數之值，我們將進行不同雷諾數下的流場計算，觀察相關的流場。並根據這些計算所得的數據，採用適當的外插方法，來決定發生剝離的臨界雷諾數，以及發生渦漩流的臨界雷諾數。另外，我們也將把所有的計算結果彙集起來，討論剪切率（shear rate）對這些現象的影響，試圖從中找出一些關係。 "

Keyword(s)

剪切效應
流動剝離
渦漩流
圓柱
二維渠道流場
二維邊界層流場

DSpace CRIS

A Study of Shear Effect on Development of Flow Past a Circular Cylinder

基本資料

Description