21274.低雷諾數(shù)下流固耦合及流動(dòng)控制的數(shù)值研究

1、碩士學(xué)位論文低雷諾數(shù)下流固耦合及流動(dòng)控制的數(shù)值研究NumericalinvestigationoffluidstructureinteractionandflowcontrolatlowReynoldsnumber學(xué)號(hào)：212Q魚(yú)2Q壘大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要在海洋工程中，圓柱型結(jié)構(gòu)有著廣泛的應(yīng)用。如海洋立管，海底輸油管道等。當(dāng)流體經(jīng)過(guò)這些圓柱結(jié)構(gòu)時(shí)，由于渦旋脫落產(chǎn)

2、生周期性流體作用力，引起結(jié)構(gòu)渦激振動(dòng)，這將對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及安全帶來(lái)危害，該問(wèn)題是典型的流固耦合問(wèn)題。為研究與圓柱結(jié)構(gòu)相關(guān)的流固耦合問(wèn)題及可行的流動(dòng)控制措施，本文首先建立了二維層流狀態(tài)下的數(shù)值模型，并引入基于任意拉格朗日歐拉方法的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)處理流固耦合問(wèn)題。本文的研究?jī)?nèi)容包括：圓柱順流向和橫流向兩自由度受迫振動(dòng)基本特性；圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)與橫流向兩自由度受迫振動(dòng)基本特性；圓柱附屬流動(dòng)控制裝置(整流罩)的流動(dòng)控制效果。在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算前，對(duì)數(shù)值模型的可靠

3、性進(jìn)行了必要的校驗(yàn)和驗(yàn)證。首先，本文對(duì)不同相位差下圓柱順流向與橫流向兩自由度受迫振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值研究，研究發(fā)現(xiàn)：各個(gè)相位差下升力系數(shù)均方根CLRMs和平均拖曳力系數(shù)CDM均隨受迫振動(dòng)頻率增加而增加；不同相位差下，圓柱受力不同。其次，本文對(duì)圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)與橫流向兩自由度受迫振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值模擬，重點(diǎn)研究?jī)煞N受迫振動(dòng)之間相位差對(duì)尾渦脫落模式及圓柱受力特征的影響，研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)受迫振動(dòng)頻率很小時(shí)(st變成非“鎖定”狀態(tài)的受迫振動(dòng)頻率下，圓柱受力很

4、??；文中研究范圍內(nèi)，當(dāng)“鎖定“發(fā)生時(shí)，尾渦脫落模式均為2S模式。最后，本文對(duì)圓柱附加整流罩流固耦合問(wèn)題進(jìn)行了數(shù)值研究，在本文的計(jì)算范圍內(nèi)，計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)約化速度Ur=48時(shí)，整流罩系統(tǒng)受力發(fā)生跳躍；通過(guò)與相同雷諾數(shù)下靜止單圓柱的計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，整流罩的減阻作用是明顯的；而在特定的約化速度范圍內(nèi)，系統(tǒng)升力也顯著的減小，但在這個(gè)約化速度范圍之外的系統(tǒng)升力卻增加了。綜上所述，在本研究范圍內(nèi)，在一定約化速度條件下，整流罩無(wú)論是在減阻方面還是