多因素影响下柱体绕流及其涡激振动特性研究

发布时间：2020-07-04 11:13

【摘要】：柱体绕流是一种常见的物理现象,普遍存在于自然界与工程中。在实际工程应用中,柱体绕流特性受到柱体截面形式、流体流动形态、柱体自身振动等多种因素的影响。同时柱体在流体的作用下,很容易产生涡激振动,造成柱体结构物的疲劳破坏。因此,研究多因素影响下柱体绕流及其涡激振动问题,对于工程设计和优化具有重要的理论以及现实意义,为提出柱体绕流抑振减阻新方法奠定了一定的基础。本文主要工作与研究成果如下:首先对圆形截面、正三角形截面、矩形截面和正六边形截面,四种不同截面形式柱体的绕流特性以及流场的尾迹特征进行了对比分析。研究发现正三角形截面、矩形截面和正六边形截面柱体绕流特性与其放置形式有关;正三角形截面、矩形截面和正六边形截面柱体绕流的分离点较为固定,而圆形截面柱体绕流的分离点是不固定的;四种不同截面形式柱体的旋涡脱落特征和流场运动具有相似性;雷诺数不变时,随着截面棱边数的增加,升力和阻力变大,旋涡脱落周期也变大。然后对不同脉动流条件下柱体绕流进行了数值模拟研究(以圆形截面柱体为例)。通过改变入口处脉动流的脉动频率和脉动振幅,分析了不同脉动流工况下圆柱绕流控制参数和尾涡结构,探讨了脉动频率和脉动振幅对圆柱绕流的影响。研究发现,随着脉动频率和脉动振幅的增加,流场脉动性增强。在脉动流绕流圆柱时,观察到旋涡脱落频率的“锁定”现象。最后研究了在单自由度和双自由度条件下圆柱涡激振动现象。研究发现,柱体处于锁定区间内,旋涡脱落频率被锁定在圆柱固有振动频率上,柱体产生共振;柱体处于非锁定区间内,绕流参数曲线呈现出“拍”现象(高、低频振荡交替出现)。圆柱涡激振动在单自由度条件下,质量比对圆柱横向振幅的影响不明显。在双自由度条件下,质量比相对较小时,圆柱涡激横向振幅会随着质量比的增加逐渐变大;质量比相对较大时,质量比对圆柱涡激横向振幅的影响作用不显著。在质量比相对较小时,必须综合考虑圆柱流向振动和横向振动。当质量比相对较大时,可以忽略圆柱流向振动对系统的影响作用。
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O357.5

【参考文献】