方柱渦致振動及減阻機理的數值研究.pdf

1、在與流體有關的機械與工程中，渦誘發(fā)振動(Vortex-Induced Vibrations， VIV)是一涉及安全性的重要問題。在一些不利的條件下，流體誘發(fā)振動可能造成結構坍塌，甚至引發(fā)災難事故。而在實用結構物中方形柱體是一種常見的形狀，因此研究方柱的繞流問題成為研究相關工程問題的一項基礎研究，同時由于方柱繞流包含著諸多的流體力學基本現(xiàn)象如邊界層分離、層流湍流轉捩等，因此方柱繞流的研究具有很強的應用背景和重要的學術價值。本文利用流體力學

2、數值方法，對來流雷諾數為200條件下彈性支撐方柱的渦致振動現(xiàn)象，以及通過在方柱上游放置控制片來減阻和減振的控制機理進行了研究。
　　文中的流場模擬利用了計算流體力學軟件FLUENT，通過求解不可壓縮粘性流體Navier-Stokes方程獲得流場的各物理量；柱體的振動模擬采用了質量-彈簧-阻尼系統(tǒng)，采用經典的龍格-庫塔方法求解柱體振動方程；流體與固體之間的耦合利用了FLUENT的用戶自定義函數(UDF)，將柱體的振動響應嵌入到FLU

3、ENT，實現(xiàn)了交替計算流場分布和結構動態(tài)響應的流固半耦合計算，即在每一時間步計及流體與固體的相互作用分別求解流體運動的控制方程和柱體的振動方程，從而模擬流體和方柱之間的非線性耦合作用。
　　對來流雷諾數為200條件下彈性支撐方柱的渦致振動進行了系統(tǒng)的研究，成功地捕捉到了“鎖定”、“拍”和“相位反相”等現(xiàn)象，詳細分析了小雷諾數條件下方柱位移、振幅、尾渦形態(tài)和升阻力系數等在不同的頻率比和質量比條件下的變化規(guī)律。論文還進一步針對在方柱前