雷诺数对于方柱流致振动能量收集系统的影响

发布时间：2021-04-01 20:39

　　在来流作用下,相较于圆柱,方形柱体会发生更为明显的振动响应,其具备良好的海洋能量收集特性。针对方柱流致振动能量收集系统展开数值模拟研究,结合SST k-ω湍流模型求解URANS方程来获得流场信息,并通过Newmark-β方法求解固体振动方程。计算方法与实验数据及其他仿真模拟结果进行了对比,取得了良好的一致性。文章所选取的雷诺数范围为24 000～160 000,相应折合速度为3<U_r<20。结果表明,雷诺数对方柱的频率响应、振幅响应、脱涡模式以及能量获取效率均有不可忽视的影响。当雷诺数为88 000时整个系统能量收集效率最高,为7.156%;在雷诺数大于120 000后,方柱由涡激振动转向驰振,其振动响应及能量收集特性发生大幅变化,在雷诺数超过144 000后方柱进入完全驰振状态。 

【文章来源】：西北工业大学学报. 2020,38(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

方柱流致振动能量收集系统简化模型

图2和图3分别是数值模拟的计算域以及相应的网格示意图。计算域长45D,宽30D,方柱的中心距入口边界和上下边界均为15D。入口条件设为均匀流速度入口,出口边界为完全出流条件,上下边界采用滑移壁面。为了提高模拟的准确性以及计算效率,计算域被划分为5个部分并独立生成网格,其中运动域(1)中的网格经过了进一步加密,并根据所选湍流模型(SST k-ω)而使用函数(y+≈1)来确定方柱边界层的第一层网格高度。当流致振动发生时,运动域(1)会以铺层方式跟随方柱一起振荡以保证其中的网格不会更新及变化。这种分块动网格的方法可以有效避免网格的拉伸与畸变,相比重叠网格减少了信息交换量,保证计算精度的同时一定程度降低计算机消耗。图3 计算域网格划分

计算域网格划分

【参考文献】：
期刊论文
[1]不同湍流模型下圆柱涡激振动的计算比较[J]. 林琳,王言英.  船舶力学. 2013(10)
[2]高雷诺数条件下二维方柱涡激振动的数值模拟[J]. 方平治,顾明.  同济大学学报(自然科学版). 2008(02)
[3]方柱非定常绕流与涡激振动的数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍.  东南大学学报(自然科学版). 2005(S1)



本文编号：3113934