悬臂圆柱在小圆柱尾流影响下开始振动时尾涡的变化

发布时间：2017-03-30 22:30

  本文关键词：悬臂圆柱在小圆柱尾流影响下开始振动时尾涡的变化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本课题主要研究位于上游小圆柱尾流中的大圆柱的流致振动响应,其中小圆柱直径为d,大圆柱直径为D。上游圆柱两端均固定在风洞壁面上,下游圆柱为悬臂固定。本课题主要研究了L/d=1.5,d/D=0.4以及L/d=1.0,d/D=0.6两种情况,其中L为上游圆柱圆心到下游圆柱前驻点的距离。本课题共测试了下游圆柱的三个不同位置,分别为下游圆柱的自由振动端,中间位置,下游圆柱靠近固定端的根部。实验中我们利用激光测振仪测量了下游圆柱的振动情况；利用压力扫描阀测量了下游圆柱的受力情况以及利用PIV系统测量了下游圆柱尾涡的变化情况。在两种情况中,下游圆柱都发生了强烈的振动(驰振)。研究发现一旦圆柱开始振动,振幅随着无量纲化来流速度Ur增大而迅速上升,这是由于当速度变化时,升力增大,对圆柱做功能力增大,即Ef增大,在其增大的过程中,Wf大于圆柱系统阻尼损失的能量即阻尼所做的负功Ed,即流体在向振动圆柱提供能量,并转化为机械能。因此随着风速的增加能量逐渐传递到圆柱系统,其表现为圆柱振幅逐渐增大。本课题利用POD分析获取了下游圆柱尾流的发展变化情况。利用快速傅立叶变换分析POD低阶模态的时间序列,其结果表明不同的流动结构对应不同的频谱峰值。当下游圆柱的两端均固定在风洞壁面上时,模态1与模态2的频谱峰值均等于下游圆柱的涡脱频率,而其它大于2阶的模态没有明显的频谱峰值。当下游圆柱自由振动时,模态1的频谱峰值等于下游圆柱的固有频率或者与固有频率呈倍频关系。模态2与模态3的频谱峰值与涡脱频率相同。大于四阶的高阶模态没有明显的频谱峰值。
【关键词】：悬臂圆柱 流致振动 涡脱频率 能量转换 POD分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB53
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• ACKNOWLEDGEMENTS6-9
• NOMENCLATURE9-13
• 1. INTRODUCTION13-23
• 1.1 Background13-15
• 1.2 Literature review15-21
• 1.3 Objectives21-22
• 1.4 Thesis outline22-23
• 2. EXPERIMENTAL SETUP AND TECHNIQUES23-36
• 2.1 Wind tunnel23-24
• 2.2 Experimental details24-27
• 2.3 Vibration measurement27-28
• 2.4 Force measurement28-29
• 2.5 Flow measurement29-30
• 2.6 Theoretical foundation30-36
• 2.6.1 Added mass, Effective damping and the Energy transfer betweenthe fluid and the structure30-32
• 2.6.2 Mathematical principles of POD analysis32-36
• 3. RESULTS AND DISCUSSION36-66
• 3.1 Basic parameters36-38
• 3.1.1 Structural properties36-37
• 3.1.2 Vibration response37-38
• 3.2 Pressure distribution and phase angle38-43
• 3.2.1 Force validation38-39
• 3.2.2 Pressure distribution39-42
• 3.2.3 Phase angle42-43
• 3.3 Correlation analysis43-45
• 3.4 Added mass and effective damping45-51
• 3.5 Energy transfer between fluid and cylinder51-57
• 3.6 Wake evolution and the vorticity57-60
• 3.7 POD analysis result60-66
• 4. CONCLUSIONS66-68
• 4.1 Conclusions66-67
• 4.2 Future work67-68
• REFERENCES68-71

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