低雷诺数下横向强迫振动方柱绕流机理研究

发布时间：2020-08-13 13:39

【摘要】：实际工程应用中许多现象都与钝体绕流息息相关,例如悬索桥、烟囱、近海石油勘探平台、高层建筑等。钝体尾流场存在不对称的涡脱结构会引起钝体的振动,从而加快钝体的疲劳损伤。因此对振动结构的绕流研究非常有必要。本文主要通过数值仿真的方法研究在二维流动、低雷诺数(Re=100)条件下强制振动方柱尾涡旋脱落模型随振动状态的变化。无量纲振动幅值A*(=A/D)以0.1的间隔从0.1变化到1.0,以0.2的间隔从1.0变化到2.0;无量纲振动频率f*(=f_e?f_0)以0.1的间隔从0.2变化到2.0,其中A是振动幅值,D是方柱宽度,f_e是方柱振动频率,f_0是静止方柱的涡脱频率。本文研究的重点是找到每一个振动状态下旋涡脱落模型并将其绘制成完整的振幅-频率(A*-f*)图。在A*-f*图上共有五种涡脱模型:NP模型,2S模型,P+S模型,C(2S)模型和存在两种不同模型中间的过渡模型T,在1.4≤A*≤2.0,1.2≤f*≤2.0区域内没有发现涡脱模型。NP模型使得每个周期旋涡脱落的对数与振动频率存在倍数关系,非NP模型则不存在这个倍数关系。2S模型中一个涡被撕裂成两个涡而形成不对称的P+S模型。C(2S)模型是由多个周期脱落的涡相互融合的结果。对于结构相似的涡脱模型,如经典的2S模型和带“尾巴”的2S模型;P+S模型和反P+S模型;2S模型和C(2S)模型,通过对方柱后速度场的频谱分析更深入地比较了这些模型的相同点和不同点。当A*≤0.8时,自锁区间随A*增大而不断增大;当0.8A*≤1.2时,自锁区间随A*增大而不断减小。其中2S模型和P+S模型主要集中在自锁区间内。在固定A*时,流体和方柱间能量传递C_E*,方柱升力C_L和方柱运动y*间相位角φ,附加质量比m_a*,附加阻尼(?)_a会由于涡脱模型转化而呈现不同趋势,其受C(2S)模型影响最大以致引发突现象。C_E*除在某个振动状态呈现负值其余振动状态均为正值,说明本次研究的强制振动可以用以模拟自由振动。
【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】：2018
【分类号】：O357.5

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本文编号：2792071