采用实验和数值模拟两种方法对长宽比为3∶1的矩形柱尾流进行了稳定性研究.实验发现当雷诺数接近临界值时,未加扰动的矩形柱尾流呈二维定常状态.当在柱体上游一定位置和下游靠近柱体的位置上沿垂直于来流方向施加一个宽度很小的短时脉冲射流扰动以后,扰动随时间放大,并出现旋涡脱落现象,并且这种扰动激发的旋涡脱落可以持续很长时间,不会衰减.而在下游较远处施加同样的扰动时,扰动将会衰减,不能激发出持续的旋涡脱落.数值模拟再现了上述实验结果,并且表明,当扰动强度(脉冲射流出口速度)较小时,不会出现持续的规则旋涡脱落,只有当扰动强度达到一定阈值时,旋涡脱落才能被激发.

基于刚性模型测压风洞试验,分析了0°~90°风向角范围内宽厚比为1∶4矩形柱的气动特性,得到了其风压系数、气动力系数和斯托罗哈数随风向角的变化规律。结果表明,平均阻力系数随着风向角的增大先减小后增大;平均升力系数的绝对值随着风向角的增大先增大后减小;平均扭矩系数分别在α为55°和85°时取得极小值和极大值。脉动气动力系数在α≤25°时整体较α>25°时大。斯托罗哈数在α为15°~35°和85°~90°时发生了突变现象。

为研究高雷诺数Re=19000下宽高比临界值R=0.62时矩形柱流场及气动特性,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamic,CFD)方法,采用基于动态亚格子模型的大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)对均匀来流下绕流情况进行仿真计算。首先进行网格无关性验证,并针对基于时间积分的平均积分分量对比,验证了计算准确性;接着分析了矩形柱表面压力系数分布,及中心线速度分布,并在此基础上分析其气动特性;然后对柱体后不同位置速度及其脉动值分布进行尾流场特性分析;同时,还针对LES模型的二维和三维结果,进行对比分析,说明其在气动力和流场特性间的差异,并为工程应用和计算提供意见和参考。