近壁面圆柱涡激振动的三维数值模拟研究

发布时间：2023-01-08 18:53

　　海洋工程结构体在海底壁面的影响下,振动响应和流固耦合机理与孤立时有较大区别,疲劳破坏和失效亦有所不同,故研究海洋工程结构在近壁面边界下的涡激振动有较大工程价值。本文将对近壁面圆柱涡激振动进行三维数值模拟研究。为研究近壁面圆柱涡激振动时“流场—圆柱—壁面”三者之间的耦合机理,采用大涡模拟方法在折合速度Ur∈[2,12],对应的雷诺数Re∈[2000,12000]下研究了间隙比G/D（=2、1、0.75、0.5、0.25和0.005）时圆柱涡激振动的振动响应和流固耦合机理,研究发现:近壁面圆柱涡激振动根据振动特性可分为三个区域:区域1:间隙比G/D∈[0.75,2],圆柱振动主要受壁面边界的影响,有完整的初始分支、上分支和下分支。区域2:间隙比G/D∈[0.25,0.5],部分算例圆柱与底部壁面碰撞,圆柱部分浸入到底面边界层中,圆柱振动诱导壁面边界层强制分离产生一个顺时针分离涡,分离涡抑制底部涡脱的形成和发展;当折合速度增大U_r时,圆柱底部壁面边界层变薄,底部涡脱会紧贴壁面无法向下游发展。区域3:间隙比G/D=0.005,最大的无量纲最大振幅A*_max

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 近壁面静止圆柱绕流研究现状
    1.3 近壁面圆柱涡激振动研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 数值模拟基本理论与方法
    2.1 引言
    2.2 湍流数值模拟
    2.3 大涡模拟
    2.4 流场控制方程的离散与求解
    2.5 流固耦合求解模块搭建
        2.5.1 数值模型的建立
        2.5.2 圆柱运动控制方程
        2.5.3 动网格方法
        2.5.4 模块搭建
    2.6 本章小结
第3章 数值模拟验证
    3.1 引言
    3.2 雷诺数Re=3900静止圆柱绕流
    3.3 单自由度圆柱涡激振动的三维数值模拟验证
    3.4 网格独立性和时间步长无关性验证
    3.5 本章小结
第4章 近壁面圆柱涡激振动的三维数值模拟
    4.1 引言
    4.2 圆柱的振动响应
        4.2.1 振动分区
        4.2.2 力的系数
        4.2.3 非线性响应
    4.3 流固耦合机理
        4.3.1 振动分区机理
        4.3.2 非线性响应机理
        4.3.3 附加质量
    4.4 流场结构
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3729001