带中心圆柱形孔的球体绕流中孔径与攻角对涡脱落和阻力特性的影响

《Scientific Reports》：Influence of borehole diameter and attack angle on the flow around a perforated sphere

　　

摘要

受海洋工程应用中钝体周围流动裂纹可能带来的安全隐患启发，本研究探讨了雷诺数Re?=?300时，包含中心圆柱形孔的球体周围的不可压缩黏性流动。系统研究了孔径和攻角对涡脱落、流动分离和阻力系数的影响。结果表明，在低攻角下，增大孔径显著影响涡脱落的主频率，从而改变其结构特征。此外，总阻力随孔径增大而增加。在高攻角下，由于孔径靠近分离点，孔径影响流动分离的起始。攻角的影响在较大孔径时最为显著，此时涡脱落和流动分离均发生明显变化。另外，孔径大小放大了攻角对阻力系数的影响。由于孔引起的射流状流动，当孔径足够小时，球体周围的流动不稳定性增强。这种不稳定性最初随攻角增大而增强，在45度时达到峰值，随后随着攻角继续增大而减弱。