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文檔簡介
1、當流體流經柱形結構物時,流體對結構的作用力促使柱體產生振動,柱體的振動又反過來改變流體的流動,這種現(xiàn)象被稱為渦激振動。在渦激振動中,除柱體的振動外,還包含著流體流動分離、漩渦脫落等一系列復雜的流固耦合現(xiàn)象。影響參數(shù)眾多,既需要考慮流體的流速、壓力、粘性等參數(shù),又需要考慮柱體的質量、阻尼和剛度。柱形結構的渦激振動問題是工程實踐中經常遇到的一類問題,柱體強烈的振動甚至會導致其破壞,因此,它具有重要的科研價值和實際意義。本文以此圓柱渦激振動切
2、入點,通過建立數(shù)值模型,研究單柱體、多柱體在流體作用下的渦激振動響應和水動力特性,同時對其受力、流場、渦量情況進行分析。
本文的數(shù)值模型在笛卡爾網格系統(tǒng)下建立,以連續(xù)性方程和Navier-Stocks方程為流體的控制方程,使用基于CIP算法的CIP-ZJU(Constrained Interpolation Profile method in Zhejiang University)模型對控制方程進行離散,具有計算速度快、精度
3、高的特點?;诙嘞嗔骼碚搶α黧w和固體實現(xiàn)同步求解,使用入侵邊界法確定固-液交界面。
首先,對雷諾數(shù)Re=100、質量比M*=10條件下單圓柱的渦激振動進行模擬,模擬結果與現(xiàn)有文獻吻合良好。文中重點分析了圓柱的振幅、振動頻率和受力情況。結果表明,在折合速度Ur=4-8時,圓柱進入“鎖定區(qū)間”,出現(xiàn)了較大的振幅,最大振幅出現(xiàn)在Ur=5處,達到了0.6D,脫離鎖定區(qū)間后,振幅則保持在較低的水平。在折合速度較大時,還觀察到了升力和位移
4、之間的相位突變。
隨后,對串列排布的雙圓柱系統(tǒng)進行數(shù)值模擬。多圓柱情況下,流場較單圓柱情況更為復雜,柱體的振動時程曲線也呈現(xiàn)不規(guī)則的趨勢。文中詳細分析不同間距比和不同折合速度下的振動響應,并考慮上游圓柱固定和上游圓柱自由振動兩種情況下下游圓柱的渦激振動響應。研究發(fā)現(xiàn),串列情況下下游圓柱的最大振幅要明顯大于單柱的情況。
最后,本文考慮了剛性連接的三圓柱系統(tǒng)的渦激振動問題。剛性連接的柱體具有相同的振動位移和速度,柱體間保
5、持固定的相對位置。三圓柱的排布方式呈正三角形,研究間距比和攻角變化對渦激振動響應的影響。研究表明,攻角變化對三圓柱系統(tǒng)的振動具有一定影響,三圓柱的振動響應、渦脫狀態(tài)和流體流動狀態(tài)都因攻角不同而產生變化。
本文的主要創(chuàng)新點如下:
(1)將CIP方法應用于渦激振動問題的研究,與現(xiàn)有文獻對比溫和良好,為后續(xù)研究打下基礎。
(2)系統(tǒng)分析了L/D=2,4,6,8四種間距比下串列雙圓柱渦激振動的結構振動響應、受力和流
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