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      风洞试验

湍流模型采用三维大涡模拟（LES），亚格子尺度模型选用dynamic Smagorinsky-Lilly方法。压力速度耦合方程采用PISO方法进行求解，时间离散采用有界二阶隐式方案，压力的空间离散采用二阶方案，动量方程的空间离散采用有界中心差分法。时间步长选取2×10^-5s，保证全局CFL数小于1。对于所有的模拟，均采取超过1000个无量纲时间步数，相当于大约133个旋涡脱落周期，以确保可靠的结果。

方柱截面宽度D=24mm，展向高度为4D，方柱迎风面与来流入口距离为8D，侧面距侧边界均为5D，被封面与出口边界距离17D。入口边界设置为U=12m/s的均匀流，雷诺数为1.9×10^4。两侧边界条件定义为对称边界，底面和顶面设置为一对平移周期性边界条件，出口设置为零压边界条件。方柱表面采用无滑移壁面边界条件。

图3为四种角点翼缘配置下的方柱跨中处环向平均压力系数的对比。设置前角翼缘可以减缓从迎风面滞点至角点的压力下降，并增大了侧面与背风面负压。设置后角翼缘可以降低两侧与背风面负压。前后均设置翼缘工况下，迎风面与仅设置前角翼缘工况相同，侧面和背风面介于普通工况与仅安装后角翼缘工况之间。图4为四种工况下试验值与模拟值的平均阻力系数、升力系数有效值与Strouhal数的对比。

图3 四种翼缘配置工况下方柱环向平均压力系数对比

图4 四种翼缘配置工况下平均阻力系数、升力系数有效值与Strouhal数的对比

图5为四种工况下时均流线图，翼缘后方的再循环区域是导致这一结果差异的主要因素。再循环区内部为负压，其值的大小依赖于气泡的形状和尺寸，吸力取决于剪切层的曲率，曲率越强，吸力越大。前角翼缘工况下，剪切层的曲率较大，导致侧面的吸力比普通方柱大。尾流再循环区的尺寸与方柱背风面风压相关，并与阻力成反比。阻力系数与尾流再循环区域的宽度成正比，与长度成反比。升力系数的幅值也与再循环区的长度成反比。

(a)Plain cylinder

(b)Leading fins

(c)Trailing fins

(d)Four fins

图5 四种翼缘配置工况下的时均流线图