文献综述
1.课题研究意义及应用价值
串联配置两圆柱绕流可以发现在众多的工程应用，在航天航空、海洋工程、土木、核工程、机械等领域都会涉及到，例如管束的热交换，高大建筑物，海洋平台及桥梁，海洋立管及海底管线等。双柱体系统绕流由于存在强烈的相互干扰，致使其流动分离、压力分布、旋涡脱落及作用力方面与单柱体绕流有较大的差异。在近些年，随着石油、天然气的开采逐渐进入深海区，多柱体系统静止绕流及涡激振动问题的研究已成为流体力学理论研究和工程应用方面的一个热点。
近年来，伴随着离地石油、天然气资源的日益干枯，石油、天然气的开采不断地走向深海区，因此对海洋结构装置如海洋平台、立管等的安全要求也提高了。目前在海洋石油以及天然气工程中，出于技术的需要和节约经济的角度考虑，在管线铺设过程中需要在主管线附近布置直径较小的辅助管线当做纽带，在安装过程中为了保证小直径管线在海底和海洋平台之间具有足够的支撑，经常会利用夹钳来使得小直径的管线附着在主管线之上，这种布置形式可有效地降低安装管线的成本。然而，从另一个角度来说，小直径管线的增设会对主管线附近区域产生一定的水动力影响，现在还未充分认识这种影响，因此对不等直径串列双圆柱的研究具有很高的理论和应用价值。
2.国内外研究现状及发展趋势
目前在多柱体绕流领域的研究多是关于等直径刚性柱或者柱群的，主要集中在定常流中串列、并列、交错排列形式下的等直径双柱体绕流的研究。而目前在直径不等的多柱体静止绕流上的研究比较少。
大多数关于两圆柱构型的研究都关注同直径的两个圆柱体。(Ishigai et al. 1972; Bearman 和Adcock 1973 Zdravkovich 1977, 1987; Igarashi[1-2]1981, 1984; Williamson 1985; Mittal et al. 1997; Sumner et al1999, 2000; Meneghini et al. 2001; Lin et al. 2002; Alam et al. 2003; Sharman et al. 2005)。Zdravkovich[3]（1977, 1987）确定了三个流型两圆柱在基于中心串联布置相同直径的中心间距比L / D（其中L是两圆柱的中心之间的距离,D为圆柱直径）：（1）扩展体规则，在1.0 ＜L/D＜1.8，两个圆柱是如此接近导致从上游圆柱分离出来的自由剪切层超过下游，圆柱体表现为单个钝体；（2）复位状态，其中1.8 le;L/Dle;3.8，从上游圆柱流出的剪切层再次附着到下游圆柱的表面，旋涡脱落仅在下游圆柱尾迹可以观测；（3）共断规则，在L/D 3.8，从下游和上游圆柱都可以观测到旋涡脱落。对于上游圆柱直径（D）和下游的圆柱直径（D）比值大于1，Igarashi[1-2]（1982）观察到四种不同的流型：完全分离，再附流，双稳态流动，跳流。Dalton等人（2001）研究了圆柱附近放置圆柱时对旋涡脱落或升力的抑制。Alam 和 Zhou[4]（2008）表明，减小d／D会缩小圆柱间尾迹的宽度并增加下游圆柱的平均阻力。Zhao等[5-6]人（2005, 2007）基于直径较大的雷诺数（Re＝500和5times;10）对不同直径圆柱的流动进行了数值模拟。仿真结果表明，小圆圆柱的相对位置对圆柱内流体动力和涡脱落特性有显著影响。
一些作者已经研究了等直径串列双圆柱绕流的数值模拟。Meneghini等[7]使用二维有限元方法（FEM）分别探讨了在串列和并列的双圆柱在Re=100和200处的绕流。在实验结果中，他们获得了由Zdravkovich[8]获得的流动配置机制。Jester和Kallinderis[9]还使用二维有限元方法研究了各种排列的双圆柱绕流，发现滞后效应存在于2L/D2.5范围内。Kitagawa和Ohta[10]使用有限差分法（FDM），在临近雷诺数时，在L/D为2至5的范围内,对串列圆柱的绕流进行了模拟。在力系数中，观察到一个明显的不连续，这表示从再附到共同脱落的一个过渡。在低雷诺数时，Carmo等[11-12]将两个串列圆柱后面的三个主要流动行为进行数值分类，例如间隙对称，间隙交替和间隙尾流，这与Zdravkovich[8]的分类一致。
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