斜拉索涡激振动被动吹气控制的数值模拟与试验研究

发布时间：2017-09-11 21:21

  本文关键词：斜拉索涡激振动被动吹气控制的数值模拟与试验研究

  更多相关文章： 涡激振动 旋涡脱落 气动力系数 气动控制 数值模拟 风洞试验

【摘要】：斜拉桥因其优美的造型与优良的受力特性在大跨度桥梁结构中倍受青睐。然而,斜拉桥的拉索刚度与阻尼较小,在风作用下很容易发生涡激振动,给斜拉索结构带来疲劳损伤以及严重的安全隐患。因此,如何减小斜拉索结构的涡激振动具有重要的工程实际意义。本文提出了一种抑制甚至可以消除斜拉索涡激振动的被动吹气控制方法。在圆柱体表面设置中空套环,套环的外表面设有等距分布的气孔,气流从迎风面进气孔经套环的引导从背风面出气孔吹出,利用出气孔吹出的气流冲散尾流中交替产生的旋涡,从而避免圆柱体表面受到周期性脉动压力的作用,达到抑制圆柱体涡激振动的目的。本文通过CFD数值模拟分析了被动吹气控制套环表面气孔数量对圆柱体气动力的影响;并通过计算得到了套环的最佳径向厚度;接着进一步探索了该被动吹气控制方法的雷诺数效应。最后通过风洞试验对套环的展向布置间距进行了研究,并找出了套环在圆柱体展向上的临界布置间距。本文提出的被动吹气控制方法在较高雷诺数下(Re1.0×104)可有效地抑制圆柱体潜在的涡激振动。在被动吹气控制套环各参数的最佳组合情况下,圆柱体表面横流向升力系数可减小90%以上,顺流向阻力系数也可降低30%左右。
【关键词】：涡激振动 旋涡脱落 气动力系数 气动控制 数值模拟 风洞试验
【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】：U441.3;U448.27
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题研究背景与意义9
• 1.2 圆柱绕流与涡激振动9-19
• 1.2.1 圆柱绕流旋涡脱落频率与振动幅值9-11
• 1.2.2 圆柱绕流旋涡脱落模式11-14
• 1.2.3 圆柱体表面压力分布14-16
• 1.2.4 圆柱体表面气动力系数16-19
• 1.3 圆柱体涡激振动控制方法19-21
• 1.3.1 涡激振动被动控制方法20-21
• 1.3.2 涡激振动主动控制方法21
• 1.4 本文研究内容21-23
• 第2章 基于数值模拟的被动吹气套环控制参数研究23-49
• 2.1 引言23
• 2.2 固定圆柱绕流的数值计算23-27
• 2.2.1 数值计算模型23-25
• 2.2.2 固定圆柱绕流计算结果25-27
• 2.3 气孔数量的数值计算27-38
• 2.3.1 数值计算模型27-28
• 2.3.2 表面压力分布28-30
• 2.3.3 气动力系数30-32
• 2.3.4 尾流特性32-38
• 2.4 径向厚度的数值计算38-47
• 2.4.1 数值计算模型38
• 2.4.2 表面压力分布38-40
• 2.4.3 气动力系数40-41
• 2.4.4 尾流特性41-47
• 2.5 本章小结47-49
• 第3章 基于数值模拟的被动吹气控制套环雷诺数效应研究49-58
• 3.1 引言49
• 3.2 数值计算模型49
• 3.3 数值计算结果分析49-56
• 3.3.1 表面压力分布49-50
• 3.3.2 气动力系数50-52
• 3.3.3 尾流特性52-54
• 3.3.4 稳定性分析54-56
• 3.4 本章小结56-58
• 第4章 基于风洞试验的被动吹气控制套环的展向间距效应研究58-72
• 4.1 引言58
• 4.2 风洞试验及其测量系统58-61
• 4.2.1 测试风洞简介58-59
• 4.2.2 风压测量系统59-60
• 4.2.3 高精度天平测力系统60
• 4.2.4 PIV流场测速系统60-61
• 4.3 基于风洞试验的控制套环展向间距效应研究的风洞试验61-70
• 4.3.1 试验设计61-62
• 4.3.2 压力分布62-64
• 4.3.3 气动力系数64-66
• 4.3.4 尾流特性66-70
• 4.4 本章小结70-72
• 结论72-73
• 参考文献73-76
• 附录176-80
• 附录1.1 旋涡脱落“2S”模式76-77
• 附录1.2 旋涡脱落“2P”模式77-80
• 附录280-85
• 附录2.1 复势与复速度80-81
• 附录2.2 均匀流81
• 附录2.3 源与汇81-82
• 附录2.4 偶极子82-83
• 附录2.5 无环量圆柱绕流83-85
• 附录385-88
• 附录3.1 气动力脉动频率关系85-86
• 附录3.2 狄利克雷定理86-88
• 附录488-91
• 附录4.1 Orr-Sommerfeld方程求解88-90
• 附录4.2 数值计算结果验证90-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果91-93
• 致谢93

，

本文编号：833133