低雷诺数层流中串列双圆柱流致振动的数值模拟及其机理研究

发布时间：2024-03-11 01:14

　　全球的海流能源丰富，但流速普遍偏低（<1.5m/s）。传统的海流能利用装置（如水下涡轮机和水下风车）的起动流速较高（>2.0m/s），对广泛分布的低流速海流适应性较差。近年来，一种低流速海流能的高效利用装置——VIVACE(Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy)逐步得到学术界和工业界的重视，其应用前景广阔。对于VIVACE阵列海流能发电来说，更大的圆柱振幅和更快的振动速度意味着更多的振动机械能，即更高的能量利用率。更宽的振动响应流速区间则表示能被VIVACE利用的海流流速范围也更广泛，即更好的海流适应性。本文以VIVACE阵列海流能利用为工程背景，针对圆柱群流致振动的热点问题开展了数值模拟和机理分析研究。 本文对串列圆柱流致振动的流固耦合问题采用以下方法进行求解。采用不可压缩粘性流体的N-S方程作为流体运动的控制方程，对时间和空间均采用二阶格式进行离散，利用共轭梯度法迭代求解压力泊松方程得到压强值；物体运动控制方程采用牛顿第二定律，采用具有二阶精度的时间离散格式进行求解；应用嵌入式迭代浸入边界法处理流固耦合问题，流固耦合...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1VIVACE阵列在海床上的安装效果图（上）和模块构造示意图

在当前较低的能量利用率水平下，VIVACE阵列海流能发电的发电优得到了充分的体现，如果能进一步提高其效能，则其应用前景将更加图1-1VIVACE阵列在海床上的安装效果图（上）和模块构造示意图

图1-2四种不同的尾涡结构

当水流经过串列圆柱（两个或多个）时，若圆柱间距适当，下游圆柱将处于上游圆柱的尾流中。从上游圆柱脱落的旋涡不断“撞击”下游圆柱，并图1-2四种不同的尾涡结构

图1-3串列圆柱尾流模式示意图

如图1-3所示。当1.0L/D1.21.8时，从上游圆柱分离下来的自由剪切层完全包裹下游圆柱，两个圆柱像一个整体（模式A）；当1.21.8L/D3.43.8时，自由剪切层重新附着在下游圆柱上，....

图2-1传统贴体网格（a）和浸入边界法笛卡尔网格（b）

2.2浸入边界法的控制方程图2-1传统贴体网格（a）和浸入边界法笛卡尔网格（b）

本文编号：3925596