切角率对方柱绕流特性的影响规律及其机理

来源：同济大学学报·自然科学版杂志2025年第5期北京时间：

作者：杜晓庆，毕研钊，方立文，董浩天

单位：1.上海大学 力学与工程科学学院， 上海 200444;2.上海大学 高性能桥梁研究中心， 上海 200444

摘要：采用大涡模拟方法，在雷诺数2.2×104、均匀来流和全风向角下，研究了方柱气动性能和绕流形态随切角率（0、1/14、1/7、2/7）的变化规律。与标准方柱相似，随着风向角的增大，切角方柱周围流场依次呈现“前角分离流态”、“分离泡流态”和“附着流流态”等三种流态。随着切角率的增大，切角方柱整体上呈现平均阻力系数减小、斯托罗哈数增大的趋势。小风向角下（α < 10°），切角方柱的平均升力系数和脉动升力系数随切角率显著减小；大风向角下（α > 25°），大切角率（2/7）方柱的升力系数大于标准方柱。在前角分离流态和分离泡流态之间的临界风向角附近，切角方柱的平均阻力系数和脉动升力系数均达到极小值，平均升力系数和斯托罗哈数达到极大值。随着切角率的增大，不同风向角下的切角方柱尾流宽度有变窄的趋势，但方柱尾流涡脱强度的变化较为复杂。

关键词：方柱,切角率,大涡模拟,气动性能,流动机理

基金资助：国家自然科学基金（52478534；51978392；52008239），桥梁结构抗风技术交通行业重点实验室开放课题基金（KLWRTBMC24-02）