格子Boltzmann方法研究近壁面圆柱涡激振动

发布时间：2017-09-28 00:27

  本文关键词：格子Boltzmann方法研究近壁面圆柱涡激振动

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【摘要】：本文应用格子Boltzmann方法模拟了低雷诺数近壁面圆柱的受迫振动和涡激振动现象,得到泄涡频率、流体力系数、振动位移及幅值等参数,并结合涡量图分析其内在联系。间隙比的变化范围是0.05-2.0。其中受迫振动圆柱是在Re=100时,分为移动壁面和固定壁面两种情况,研究随间隙比变化的水动力特性。涡激振动是在Re=200时,固定壁面,研究随折合速度和间隙比变化的水动力特性。 本文的主要结论如下： 在一般折合速度区间间隙比减小是抑制放涡的,尤其在间隙比为0.6以下效果显著；但在折合速度为10.4-23.6之间,间隙比减小会先抑制后促进放涡,此时不再是涡街而是单排涡。 阻力和流向位移与折合速度密切相关,有壁面边界层的情况间隙比的减小会造成阻力系数和流向位移减小。 横向力均值随着间隙比的减小迅速增加。横向力的振荡幅值随间隙比的减小变化趋势可分为两类：当固有频率与St数对应频率接近时,为先平稳再增大后减小；当固有频率在上述区间之外,其趋势为先减小,然后短暂保持在零值附近,最后小幅增加。横向振动幅值比随折合速度变化趋势在大间隙比与无限流场相似；小间隙比的情况虽然也有锁定现象,但锁定区变得很宽而矮,与无限流场差别较大。 位移曲线大多是环形,少量是不规则“8”字形。
【关键词】：涡激振动 近壁面圆柱 格子Boltzmann方法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.44
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 选题背景8-9
• 1.2 研究现状9-11
• 1.3 本文主要工作11-13
• 2 圆柱绕流及涡激振动简介13-23
• 2.1 涡的形成13-14
• 2.2 圆柱绕流现象14-17
• 2.2.1 雷诺数对圆柱绕流的影响14-15
• 2.2.2 涡街的形成与泄涡频率15-17
• 2.2.3 阻力与升力17
• 2.3 涡激振动现象17-21
• 2.3.1 基本参数17-19
• 2.3.2 受迫振动19
• 2.3.3 涡激振动19-21
• 2.4 本章小结21-23
• 3 格子Boltzmann方法介绍23-33
• 3.1 基本思想23-26
• 3.1.1 方程演化23-25
• 3.1.2 D2Q9模型25-26
• 3.2 程序框图26-27
• 3.3 边界处理27-30
• 3.3.1 流场边界27-28
• 3.3.2 物面边界28-29
• 3.3.3 逸出点29-30
• 3.3.4 力的计算30
• 3.4 圆柱绕流算例30-33
• 3.4.1 物理模型30-31
• 3.4.2 结果对比31-33
• 4 近壁面圆柱受迫振动模拟33-45
• 4.1 物理模型33
• 4.2 数据处理33-34
• 4.3 结果分析34-43
• 4.3.1 频率34-39
• 4.3.2 升力系数39-42
• 4.3.3 阻力系数42-43
• 4.4 小结43-45
• 5 近壁面圆柱涡激振动模拟45-63
• 5.1 物理模型45
• 5.2 网格技术45-48
• 5.3 数据处理48
• 5.4 结果讨论48-62
• 5.4.1 计算范围48-49
• 5.4.2 频率与流场特性49-56
• 5.4.3 阻力系数和升力系数56-59
• 5.4.4 流向及横向振动位移59-62
• 5.4.5 结论62
• 5.5 小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
• 致谢68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 ;Experimental study of vortex-induced vibrations of a cylinder near a rigid plane boundary in steady flow[J];Acta Mechanica Sinica;2009年01期

2 刘梁华;张世富;;海底管道发展现状浅述[J];中国储运;2011年11期

3 陈蓥;付世晓;许玉旺;周青;范迪夏;;均匀流中近壁面垂直流向振荡圆柱水动力特性研究[J];物理学报;2013年06期

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本文编号：932801