附加粗糙带圆柱流致振动响应特性及影响因素
发布时间：2021-03-29 22:40
当钝体处于一定流速的流体中时,旋涡脱落以及随之产生的流致振动（Flow-induced Motion,FIM）现象十分常见。流致振动普遍存在于自然界和工程领域,一方面,它会对许多工程结构物造成结构性疲劳损害,产生严重的安全性问题;另一方面,流致振动蕴含着大量的能量,只要利用得当,它也有对人们有利的一面。近年来,利用钝体流致振动引起的动能转换为电能的清洁能源收集技术在新能源领域中引起了广泛研究兴趣。为了提高流致振动清洁能源收集系统的能量收集效率,需要了解流致振动的产生机理和提高振动强度的途径。采用在圆柱表面选择性增加粗糙带的被动控制措施能够有效强化圆柱的流致振动,促进高强度的驰振的产生。目前,表面选择性增加粗糙带的被动控制圆柱流致振动动力学响应特性尚未有统一定论,被动控制圆柱由涡致振动（Vortex-induced Vibration,VIV）向驰振转变的物理机制尚未明确,而且来流攻角对被动控制柱体振动响应特性的影响未知,基于被动控制圆柱的流致振动清洁能源收集系统在不同来流攻角下的能量转换特性及其物理机制需要进一步深入研究。本文针对被动控制圆柱,首先采用数值计算的方法对涡致振动-驰振过渡...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋涡脱落现象以及流致振动导致的工程安全问题Fig.1.1Vortexsheddingandstructuraldamagecausedbyflowinducedmotion
重庆大学硕士学位论文 1 绪 论如流致振动压电能量收集系统（VIPEH）和涡致振动水生清洁能源系统（VIVACE）如图 1.2 所示，它们将海洋、河流和风中钝体流致振动产生的动能转换为电能，转害为利，是一种新型和高效的清洁能源收集方案。为了提高流致振动能量转换器的能量密度，需要探索促使流致振动发生并且提高柱体振幅的途径，进一步获取加强柱体流致振动的措施，比如：表面附加粗糙带的被动控制圆柱、柱体后方加装分隔板以及采用多柱体振动系统等[16, 17]，这些措施能够有效激发柱体高强度的驰振运动。
图 1.4 光滑圆柱与被动控制圆柱的振幅响应Fig.1.4 Amplitude respond of a circular smooth cylinder and a VIVACE type PTC-cylinder.2.3 流致振动的关键影响因素以往针对钝体流致振动的研究，大多数是考虑来流方向垂直或平行于振动的单自由度运动。这类攻角始终为零的钝体绕流和流致振动的研究条件相对，在实验室水槽或者风洞中容易实现。在工程实际应用中，河流、洋流以及流体对于桥梁、高塔以及高楼大厦等的方向是随时可变的，这也使得这些工筑物的来流攻角处于动态变化。因此，能准确预测并解决这类问题对于提高工程结构的安全性问题具有重大的意义，许多学者也针对钝体在不同来流攻的流致振动特性展开了研究。钝体绕流时攻角的变化会导致剪切层和尾流旋涡结构随之发生变化，使得压力分布不均，进而影响钝体的流致振动响应特性，尤其是对于方柱这类带角或者具有表面附加结构的钝体。Nemes[61]和 Zhao[62]通过实验研究发现，正柱体在攻角介于 0°-10°时，在较高流速下将发生驰振；当来流攻角在 22.5°-
【参考文献】：
期刊论文
[1]高雷诺数范围内不同形状柱体流致振动特性研究[J]. 丁林,张力,姜德义. 振动与冲击. 2015(12)
[2]被动控制下双圆柱静止绕流与流致振动研究[J]. 丁林,张力,杨仲卿,张迎贺. 工程热物理学报. 2014(07)
[3]一种基于希尔伯特变换的相位差测量方法[J]. 周增建,王海,郑胜峰,周渭. 电子质量. 2009(09)
[4]不同截面形状柱体流致振动的CFD数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍,肖仪清. 工程力学. 2009(04)
[5]方柱流致横向振动的CFD数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍,肖仪清. 哈尔滨工业大学学报. 2008(12)
[6]基于DTFT的一种低频振动信号相位差测量新方法[J]. 张海涛,涂亚庆. 振动工程学报. 2007(02)
[7]方柱非定常绕流与涡激振动的数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍. 东南大学学报(自然科学版). 2005(S1)
[8]双圆柱绕流诱发振动的数值模拟（Part I横向振动）[J]. 陈文曲,任安禄,邓见. 空气动力学学报. 2005(04)
[9]用FFT测量周期信号相角差及其误差分析[J]. 于达仁,鲍文,徐敏强. 哈尔滨工业大学学报. 1995(03)
[10]钝物体绕流和流致振动研究[J]. 孙天凤,崔尔杰. 空气动力学学报. 1987(01)
博士论文
[1]被动湍流控制下多柱体流致振动研究[D]. 丁林.重庆大学 2013
[2]多柱体系统静止绕流与涡激振动的试验及数值研究[D]. 高洋洋.中国海洋大学 2011
本文编号：3108323
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋涡脱落现象以及流致振动导致的工程安全问题Fig.1.1Vortexsheddingandstructuraldamagecausedbyflowinducedmotion
重庆大学硕士学位论文 1 绪 论如流致振动压电能量收集系统（VIPEH）和涡致振动水生清洁能源系统（VIVACE）如图 1.2 所示，它们将海洋、河流和风中钝体流致振动产生的动能转换为电能，转害为利，是一种新型和高效的清洁能源收集方案。为了提高流致振动能量转换器的能量密度，需要探索促使流致振动发生并且提高柱体振幅的途径，进一步获取加强柱体流致振动的措施，比如：表面附加粗糙带的被动控制圆柱、柱体后方加装分隔板以及采用多柱体振动系统等[16, 17]，这些措施能够有效激发柱体高强度的驰振运动。
图 1.4 光滑圆柱与被动控制圆柱的振幅响应Fig.1.4 Amplitude respond of a circular smooth cylinder and a VIVACE type PTC-cylinder.2.3 流致振动的关键影响因素以往针对钝体流致振动的研究，大多数是考虑来流方向垂直或平行于振动的单自由度运动。这类攻角始终为零的钝体绕流和流致振动的研究条件相对，在实验室水槽或者风洞中容易实现。在工程实际应用中，河流、洋流以及流体对于桥梁、高塔以及高楼大厦等的方向是随时可变的，这也使得这些工筑物的来流攻角处于动态变化。因此，能准确预测并解决这类问题对于提高工程结构的安全性问题具有重大的意义，许多学者也针对钝体在不同来流攻的流致振动特性展开了研究。钝体绕流时攻角的变化会导致剪切层和尾流旋涡结构随之发生变化，使得压力分布不均，进而影响钝体的流致振动响应特性，尤其是对于方柱这类带角或者具有表面附加结构的钝体。Nemes[61]和 Zhao[62]通过实验研究发现，正柱体在攻角介于 0°-10°时，在较高流速下将发生驰振；当来流攻角在 22.5°-
【参考文献】：
期刊论文
[1]高雷诺数范围内不同形状柱体流致振动特性研究[J]. 丁林,张力,姜德义. 振动与冲击. 2015(12)
[2]被动控制下双圆柱静止绕流与流致振动研究[J]. 丁林,张力,杨仲卿,张迎贺. 工程热物理学报. 2014(07)
[3]一种基于希尔伯特变换的相位差测量方法[J]. 周增建,王海,郑胜峰,周渭. 电子质量. 2009(09)
[4]不同截面形状柱体流致振动的CFD数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍,肖仪清. 工程力学. 2009(04)
[5]方柱流致横向振动的CFD数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍,肖仪清. 哈尔滨工业大学学报. 2008(12)
[6]基于DTFT的一种低频振动信号相位差测量新方法[J]. 张海涛,涂亚庆. 振动工程学报. 2007(02)
[7]方柱非定常绕流与涡激振动的数值模拟[J]. 徐枫,欧进萍. 东南大学学报(自然科学版). 2005(S1)
[8]双圆柱绕流诱发振动的数值模拟（Part I横向振动）[J]. 陈文曲,任安禄,邓见. 空气动力学学报. 2005(04)
[9]用FFT测量周期信号相角差及其误差分析[J]. 于达仁,鲍文,徐敏强. 哈尔滨工业大学学报. 1995(03)
[10]钝物体绕流和流致振动研究[J]. 孙天凤,崔尔杰. 空气动力学学报. 1987(01)
博士论文
[1]被动湍流控制下多柱体流致振动研究[D]. 丁林.重庆大学 2013
[2]多柱体系统静止绕流与涡激振动的试验及数值研究[D]. 高洋洋.中国海洋大学 2011
本文编号：3108323
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