Analysis of flow field and Pressure fluctuation for a falling disk

摘要

本研究旨在以計算流體力學模擬一剛體圓盤在特定之無因次參數下模擬自由落體的六自由度運動行為與流場分析，並取周圍流場監測點之壓力，觀察其振盪情形並分析其週期性與運動行為關係。 流場計算使用商業計算流體力學軟體Ansys Fluent，用二階準確度直接求解三維非穩態不可壓縮奈維爾-史托克方程式。網格用Ansys ICEM 做為網格劃分之工具，分別產生圓盤周圍之結構性主網格與運動場域之結構動態網格，在分別匯入Ansys Fluent中做重疊網格的處理。 在物理模型上以穩態與非穩態的中低雷諾數自由流流經一固定圓盤，分析其所受之升阻力與流場做為靜態上的驗證；動態上模擬一顆圓球墜落於不同密度與黏滯係數之流體，與文獻比對其位移時間圖與速度對時間圖做為動態上的驗證。 本研究探討的無因次物理參數有無因次轉動慣量、阿基米德數及平均雷諾數，在三組不同的物理參數下，圓盤分別以固定週期與位移來回?盪的簡協飄移(fluttering)、不停的項同一水平方向做翻滾(tumbling)與繞一軸心做打轉的螺旋(spiral)的運動行態飄落。本研究觀察其在三種不同運動行態下的運動與受力情形，並取樣周圍流場若干點作為壓力監測點，以快速傅立葉轉換分析壓力震盪頻率。

獎項日期	2019
原文	English
監督員	San-Yih Lin (Supervisor)