的是upwind scheme,而由於所要模擬的是暫態的情形,在解此統御 方程式所用的數值方法為PISO 法,雖說所耗的電腦記憶體及時間會 較多,但是在求得的數值上較為精確。
4.2.2 格點獨立測試
為了看出軟體模擬出的數值是否會因為格點的一致加密,使得分 析結果有所改變,我們將圓柱分別分割80 點(總格點數為 7200)、
100 點(總格點數為 11200)及 120 點(總格點數為 19200);由圖4.2
(a)定義流體方向與角度,圖 4.2(b)可知 Cp 值和角度的關係沒有 因為格點增加而有太大的變化;並與實驗值做比較,顯示數據上沒有 很大的誤差。經過格點獨立測試後,我們將圓柱分割為120 點,計算 區域的總格點數為19200,放大的圓柱模型如圖 4.3 所示。
4.3 與實驗值驗證
利用軟體模擬雷諾數為465 時流體流過圓柱,在圓柱後產生一週 期性的渦漩如圖4.4,而利用此週期算出 Strouhal Number 值為 0.173,
與實驗結果0.179 頗為接近,並將此模擬所得的值與理論值 0.2 做比 對,誤差為15﹪為可容許的範圍內,證明軟體測試的可行性。
4.4 圓柱升力與阻力
4.4.1零度角注入與吸出之影響
圖4.5(a)為動量注入/吸出在狹縫開口為0度時,圓柱上的阻力 係數值C
D
,如圖所示,當沒有流體注入時,CD
值在平均值1.15附近有 週期性,起伏現象振幅為0.04,頻率相當於Strouhal No等於0.18,顯示圓柱受尾流渦漩的影響,受力有週期性的變化。動量的注入會減小 圓柱上阻力的平均值和其週期性變動的幅度;且注入的量越大,圓柱 上的阻力越小。反之動量的吸出會增加阻力的平均值,同時也會使得 阻力變動的頻率和幅度增大,而這些影響會隨著較大的動量吸出值而 越明顯。
圖4.5(b)為前圖相對應的升力係數,沒有動量注入的情況下,
升力係數以振動約0.6做週期性的變化(St = 0.18),動量的注入可減 小升力變動的幅度,而動量的吸出則會提高C
L
值振盪的幅度,同時增 加振盪的週期。4.4.2有角度注入與吸出之影響
圖4.6 在不同的角度下,動量注入/吸出的速度固定為 27.4 mm/s,
圓柱上的阻力係數值與升力係數值。由此結果可知;在0 度時的動量 注入對阻力的減小效果最好。動量注入在角度 30 度時對圓柱上阻力 仍有減小的效果,但其影響程度不如 0 度角時佳。動量注入在 60 度 時,阻力的變動頻率大致上較無動量注入時為高,而阻力平均值則沒 有太大變化。動量吸入在 30 度時會將阻力變動放大,然而動量吸入 在60 度時,卻能減小阻力。
4.4.3 週期性動量注入與吸出之影響
當有週期性的動量注入-吸出時,我們可以由圖4.7發現,在第二 次的動量注入會將原先圓柱後的兩渦漩逐漸消除,重新由小至大生成 一對渦漩。如圖4.8(a)所示,阻力係數有明顯週期性的變化,注入
-吸出的振幅越大(比較A=0.2m/s與0.1m/s的C
D
分佈)CD
的起伏振幅 也越大,其尖峰值與Uj的尖峰值有相位落差(約4秒,180°),CD
的週 期與Uj的週期相同。CL
值方面如圖4.8(b)所示,有週期性動量注入 的圓柱,CL
值基本上為零,這是由於週期性的動量注入破壞了原來的 渦流結構。不同頻率的動量注入,其C
D
與CL
值如圖4.9所示,一般而言,CD
值以相同
於動量注入的頻率,做上下的變化,在相同的注入振幅,(A=0.2m/s)
下,C
D
的上下振幅均相同,CL
值也均為零。因此動量注入的頻率,為主宰流場振盪的頻率。