26683.低雷諾數(shù)下方柱分隔板渦致振動數(shù)值研究

1、低雷諾數(shù)下方柱分隔板渦致振動數(shù)值研究重慶大學碩士學位論文(學術學位)學生姓名：李金生指導教師：張力教授專業(yè)：動力工程及工程熱物理學科門類：工學重慶大學動力工程學院二O一四年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要鈍體繞流在自然界中是一種非常普遍的現(xiàn)象，涉及流動分離、旋渦脫落及振動等諸多問題，尾跡流場極為復雜，蘊涵著十分復雜的物理機理。脫渦過程在鈍體兩側(cè)交替發(fā)生，使得鈍體四周應力產(chǎn)生周期性的波動，進而使鈍體受到周期性的作用力，如果鈍體允許發(fā)

2、現(xiàn)彈性應變或為彈性支撐，鈍體會產(chǎn)生振動，鈍體的振動進一步影響尾跡脫渦模式，這種流體與結(jié)構之間相互作用稱為渦致振動(VtexInducedVibration，VIV)。渦致振動對結(jié)構體的穩(wěn)定性和安全性會產(chǎn)生重大影響，因此研究如何防止結(jié)構發(fā)生強烈的渦振來提高結(jié)構體的安全性能具有較強的實際意義。另一方面，近年來利用鈍體渦致振動進行能量收集在新能源領域中也被廣泛關注。因此對鈍體繞流及渦致振動的機理研究具有十分重要的意義。在渦致振動被動控制技術中

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，對低雷諾數(shù)下方柱及方柱分隔板繞流特性進行研究，柱體彈性支撐，運動方向垂直于來流方向，揭示低雷諾數(shù)下方柱渦致振動特性及其尾流特征，探索方柱VIV的鎖振和馳振產(chǎn)生的機理，并詳細討論產(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)、振動頻率比和無量綱脫渦頻率、振幅及其幅值譜圖、“拍”和“相位開關”以及尾跡中旋渦的脫落模式等，更進一步研究了

4、在馳振階段時，分隔板對方柱渦致振動的影響。通過分隔板被動控制，得到分隔板對方柱渦致振動的影響規(guī)律。本文得到以下結(jié)論。首先，針對橫向振動的方柱系統(tǒng)進行數(shù)值計算，在60≤Re≤250范圍內(nèi)，可以清晰地觀察到方柱渦致振動的無量綱脫渦頻率曲線出現(xiàn)幾個不同的階段，分別是VIV初支、鎖振區(qū)、過渡分支和馳振區(qū)。當方柱振動位于鎖振和馳振區(qū)時，渦致振動換能系統(tǒng)具有最優(yōu)能量收集效率。振動頻率比接近1時，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。在振動頻率比f?1時，升力系數(shù)Cl達到最小，此位置為“相位開關”。在馳振階段，方柱位移和升力系數(shù)時程曲線出現(xiàn)了“拍”現(xiàn)象。方柱渦致振動在初支、鎖振區(qū)和過渡分支，尾流脫渦形態(tài)為典型的2S模式。在170≤Re≤231（11.81≤U≤16.05）時，方柱渦致振動處于馳振階段，尾渦形態(tài)仍為2S模式。而當馳振充分發(fā)展時，即Re=232，即方柱振動振幅達到最大值時，尾渦形態(tài)由2S模式轉(zhuǎn)為PS模式。其次，在馳