14647.基于rans的圓柱渦激振動數(shù)值模擬

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文基于基于RANS的圓柱渦激振動數(shù)值模擬的圓柱渦激振動數(shù)值模擬NumericalSimulationofCvlinderVtexInducedVibrationusingRANS一級學(xué)科：力學(xué)學(xué)科專業(yè)：流體力學(xué)作者姓名：楊志斌指導(dǎo)教師：袁德奎研究員天津大學(xué)機械工程學(xué)院二零一五年十二月I中文摘要中文摘要圓柱繞流是流體力學(xué)中的一個典型問題，其中渦激振動是工程中常見的一個重要而又困難的流固耦合問題。在海洋工程結(jié)構(gòu)中，圓柱狀結(jié)

2、構(gòu)應(yīng)用廣泛，如海洋平臺的樁柱、立管系統(tǒng)及系泊纜等，其中立管系統(tǒng)是聯(lián)系水面浮式平臺裝置和海底設(shè)備的橋梁。隨著石油開采水深的增加，對立管系統(tǒng)的技術(shù)要求也日益提高。在海流的作用下，立管系統(tǒng)有可能會發(fā)生共振，造成立管系統(tǒng)的疲勞損傷。因此，本文以海洋石油平臺立管系統(tǒng)中的圓柱結(jié)構(gòu)為背景，開展圓柱體渦激振動的數(shù)值模擬基礎(chǔ)性研究。首先，本文對國內(nèi)外圓柱體繞流以及渦激振動的實驗和數(shù)值模擬成果進行了總結(jié)，同時系統(tǒng)地闡述了渦旋脫落的機理、渦激振動的相關(guān)參數(shù)以

3、及湍流運動和流固耦合問題的數(shù)值模擬方法和控制方程。其次，本文對雷諾數(shù)Re等于3900的單圓柱繞流進行了數(shù)值模擬，通過與文獻實驗結(jié)果對比來驗證數(shù)值模型的可靠性和適用性。數(shù)值模擬結(jié)果表明，k??系列湍流模型得出的結(jié)果比k??系列的湍流模型與試驗結(jié)果相比更為接近，SSTk??湍流模型得到了更符合實驗結(jié)果的計算值。y?值、圓周網(wǎng)格數(shù)、壁面函數(shù)和背景湍流強度的設(shè)置對計算精度都有一定的影響。為了對數(shù)值模型的可靠性進行更嚴格的驗證，進一步針對不同雷諾

4、數(shù)下固定單圓柱、不同排列方式下的雙圓柱繞流、不同雷諾數(shù)下的單圓柱渦激振動問題等情況開展了數(shù)值研究。通過與文獻實驗結(jié)果對比，驗證了數(shù)值模型的可靠性。最后，本文對較低和較高雷諾數(shù)時下的串列雙圓柱渦激振動問題進行了數(shù)值模擬研究，計算結(jié)果顯示，較高雷諾數(shù)時，上游圓柱橫向無量綱振幅隨折合速度Ur的變化情況與單圓柱渦激振動時相似，下游圓柱與單圓柱時相比鎖定狀態(tài)跨度較大。當(dāng)圓心間距比LD較小時，圓柱后方的渦旋脫落中存在兩個斯特勞哈爾數(shù)St數(shù)，而隨著折