26683.低雷諾數(shù)下方柱分隔板渦致振動(dòng)數(shù)值研究

1、低雷諾數(shù)下方柱分隔板渦致振動(dòng)數(shù)值研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文(學(xué)術(shù)學(xué)位)學(xué)生姓名：李金生指導(dǎo)教師：張力教授專(zhuān)業(yè)：動(dòng)力工程及工程熱物理學(xué)科門(mén)類(lèi)：工學(xué)重慶大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院二O一四年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要鈍體繞流在自然界中是一種非常普遍的現(xiàn)象，涉及流動(dòng)分離、旋渦脫落及振動(dòng)等諸多問(wèn)題，尾跡流場(chǎng)極為復(fù)雜，蘊(yùn)涵著十分復(fù)雜的物理機(jī)理。脫渦過(guò)程在鈍體兩側(cè)交替發(fā)生，使得鈍體四周應(yīng)力產(chǎn)生周期性的波動(dòng)，進(jìn)而使鈍體受到周期性的作用力，如果鈍體允許發(fā)

2、現(xiàn)彈性應(yīng)變或?yàn)閺椥灾?，鈍體會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，鈍體的振動(dòng)進(jìn)一步影響尾跡脫渦模式，這種流體與結(jié)構(gòu)之間相互作用稱(chēng)為渦致振動(dòng)(VtexInducedVibration，VIV)。渦致振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性和安全性會(huì)產(chǎn)生重大影響，因此研究如何防止結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)烈的渦振來(lái)提高結(jié)構(gòu)體的安全性能具有較強(qiáng)的實(shí)際意義。另一方面，近年來(lái)利用鈍體渦致振動(dòng)進(jìn)行能量收集在新能源領(lǐng)域中也被廣泛關(guān)注。因此對(duì)鈍體繞流及渦致振動(dòng)的機(jī)理研究具有十分重要的意義。在渦致振動(dòng)被動(dòng)控制技術(shù)中

3、，安裝于鈍體底部順主流方向上的分隔板是改變旋渦脫落和尾跡特性的最有效的裝置。本文采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)低雷諾數(shù)下方柱及方柱分隔板繞流特性進(jìn)行研究，柱體彈性支撐，運(yùn)動(dòng)方向垂直于來(lái)流方向，揭示低雷諾數(shù)下方柱渦致振動(dòng)特性及其尾流特征，探索方柱VIV的鎖振和馳振產(chǎn)生的機(jī)理，并詳細(xì)討論產(chǎn)生和影響這些現(xiàn)象的參數(shù)，包括方柱的阻力系數(shù)和升力系數(shù)、振動(dòng)頻率比和無(wú)量綱脫渦頻率、振幅及其幅值譜圖、“拍”和“相位開(kāi)關(guān)”以及尾跡中旋渦的脫落模式等，更進(jìn)一步研究了

4、在馳振階段時(shí)，分隔板對(duì)方柱渦致振動(dòng)的影響。通過(guò)分隔板被動(dòng)控制，得到分隔板對(duì)方柱渦致振動(dòng)的影響規(guī)律。本文得到以下結(jié)論。首先，針對(duì)橫向振動(dòng)的方柱系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，在60≤Re≤250范圍內(nèi)，可以清晰地觀(guān)察到方柱渦致振動(dòng)的無(wú)量綱脫渦頻率曲線(xiàn)出現(xiàn)幾個(gè)不同的階段，分別是VIV初支、鎖振區(qū)、過(guò)渡分支和馳振區(qū)。當(dāng)方柱振動(dòng)位于鎖振和馳振區(qū)時(shí)，渦致振動(dòng)換能系統(tǒng)具有最優(yōu)能量收集效率。振動(dòng)頻率比接近1時(shí)，振幅愈大；最大位移幅值并不是出現(xiàn)在f=1處，而是出現(xiàn)在

5、靠近頻率鎖定段的左端，發(fā)生“失諧”現(xiàn)象。在振動(dòng)頻率比f(wàn)?1時(shí)，升力系數(shù)Cl達(dá)到最小，此位置為“相位開(kāi)關(guān)”。在馳振階段，方柱位移和升力系數(shù)時(shí)程曲線(xiàn)出現(xiàn)了“拍”現(xiàn)象。方柱渦致振動(dòng)在初支、鎖振區(qū)和過(guò)渡分支，尾流脫渦形態(tài)為典型的2S模式。在170≤Re≤231（11.81≤U≤16.05）時(shí)，方柱渦致振動(dòng)處于馳振階段，尾渦形態(tài)仍為2S模式。而當(dāng)馳振充分發(fā)展時(shí)，即Re=232，即方柱振動(dòng)振幅達(dá)到最大值時(shí)，尾渦形態(tài)由2S模式轉(zhuǎn)為PS模式。其次，在馳