附属杆影响圆柱振动及风能收集特性的数值模拟研究
发布时间：2021-07-11 04:53
能源获取和利用的方式随着社会进步而不断发展,近年来随着材料技术和电子技术的进步,利用钝体结构的流致振动特性进行能量收集成为越来越重要的研究方向,而增强结构振动是提升能量收集效率的有效方式。本文利用气动优化方法,将圆柱和附属杆组合加强结构振动从而提高能量收集效率。借助计算流体力学工具,研究了附属杆的位置、形状、尺寸对圆柱气动特性,振动特性以及能量收集效果的影响,并且与多圆柱串联进行了对比。按照圆柱绕流时流体是否发生再附着现象,将工况分为两类。附属杆的附着角α的范围为0°至90°,第一类附着角较小（15°,30°）,发生再附着现象,升力和阻力有所降低,斯托拉哈数有小幅增加。第二类工况附着角较大（45°至90°）,流体分离后不会发生再附着现象,升力有明显的加强,增强了漩涡脱落能量,并且三角形附属杆工况更容易受附着角变化的影响。进一步将研究对象简化为单自由度的弹簧阻尼系统,研究各工况能量收集特性。第一类工况减小了锁定区范围和最大振幅,明显的抑制圆柱的流致振动现象;第二类工况的无量纲振幅和无量纲功率相比于标准圆柱有大幅提升,整体上呈现上升趋势,其中α=60°的工况增强振动的效果最好。三种因素对圆...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究目的与意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 圆柱气动优化研究现状
1.2.2 流致振动能量收集系统研究现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 附属杆对圆柱绕流的气动特性影响
2.1 引言
2.2 数值模拟方法及工况设置
2.2.1 数值模拟方法
2.2.2 计算域及网格方案
2.2.3 模拟工况
2.3 附属杆位置对气动特性影响分析
2.3.1 平均压力系数
2.3.2 相关力参数及漩涡脱落特性
2.3.3 柱体周围的流场分析
2.4 附属杆形状对气动特性影响分析
2.4.1 平均压力系数
2.4.2 相关力参数及漩涡脱落特性
2.5 本章小结
第3章 附属杆对单圆柱振动及能量收集的影响
3.1 引言
3.2 单圆柱模型建立及工况设置
3.2.1 运动模型的建立及求解
3.2.2 计算域及网格方案
3.3 位置对振动与能量收集特性的影响
3.3.1 不同位置附属杆工况的振动特性
3.3.2 不同位置附属杆工况的流场分析
3.3.3 能量收集模型建立及对比分析
3.4 尺寸对振动及能量收集特性影响
3.5 形状对振动及能量收集特性影响
3.6 本章小结
第4章 附属杆对多圆柱振动及能量收集的影响
4.1 引言
4.2 串联多圆柱模型的建立及工况设置
4.3 位置对双圆柱振动及能量收集的影响
4.3.1 不同附属杆位置工况的振动特性
4.3.2 不同附属杆位置工况的流场分析
4.3.3 上下游柱体无量纲功率的对比分析
4.4 间距比对双圆柱能量收集的影响
4.5 位置对三圆柱振动及能量收集的影响
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]流致振动能量利用的研究现状与展望[J]. 练继建,燕翔,刘昉. 南水北调与水利科技. 2018(01)
[2]大涡模拟中模型系数对方柱绕流的影响[J]. 张童伟,聂欣,陶雪峰. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]矩形断面柱体涡激振动数值模拟与机理分析[J]. 龚慧星,刘志文. 公路交通科技. 2016(08)
[4]基于风致振动机理的微型压电风能采集器[J]. 曹旸,陈仁文. 压电与声光. 2016(04)
[5]直激式压电风能捕获器的性能分析与实验[J]. 阚君武,张肖逸,王淑云,汪彬,沈亚林,杨灿,傅青青. 光学精密工程. 2016(05)
[6]不同截面形式振子的流致振动试验[J]. 燕翔,练继建,刘昉,张军,张梦溪. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016(12)
[7]行波壁抑制圆柱涡激振动的数值模拟研究[J]. 徐枫,陈文礼,肖仪清,欧进萍. 工程力学. 2014(09)
[8]串列双圆柱流致振动的数值模拟及其耦合机制[J]. 及春宁,陈威霖,黄继露,徐万海. 力学学报. 2014(06)
[9]中国陆地风能资源开发潜力区域分析[J]. 李柯,何凡能,席建超. 资源科学. 2010(09)
[10]压电俘能技术研究现状综述[J]. 袁江波,谢涛,单小彪,陈维山. 振动与冲击. 2009(10)
博士论文
[1]圆柱型压电俘能器的流激振动及其发电性能研究[D]. 宋汝君.哈尔滨工业大学 2016
[2]被动湍流控制下多柱体流致振动研究[D]. 丁林.重庆大学 2013
[3]方形钝体绕流湍流场特征参数研究[D]. 米海蓉.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]不同截面形状柱体流致振动及能量转换特性[D]. 李恒.重庆大学 2015
本文编号：3277376
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究目的与意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究目的与意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 圆柱气动优化研究现状
1.2.2 流致振动能量收集系统研究现状
1.3 本文主要研究内容
第2章 附属杆对圆柱绕流的气动特性影响
2.1 引言
2.2 数值模拟方法及工况设置
2.2.1 数值模拟方法
2.2.2 计算域及网格方案
2.2.3 模拟工况
2.3 附属杆位置对气动特性影响分析
2.3.1 平均压力系数
2.3.2 相关力参数及漩涡脱落特性
2.3.3 柱体周围的流场分析
2.4 附属杆形状对气动特性影响分析
2.4.1 平均压力系数
2.4.2 相关力参数及漩涡脱落特性
2.5 本章小结
第3章 附属杆对单圆柱振动及能量收集的影响
3.1 引言
3.2 单圆柱模型建立及工况设置
3.2.1 运动模型的建立及求解
3.2.2 计算域及网格方案
3.3 位置对振动与能量收集特性的影响
3.3.1 不同位置附属杆工况的振动特性
3.3.2 不同位置附属杆工况的流场分析
3.3.3 能量收集模型建立及对比分析
3.4 尺寸对振动及能量收集特性影响
3.5 形状对振动及能量收集特性影响
3.6 本章小结
第4章 附属杆对多圆柱振动及能量收集的影响
4.1 引言
4.2 串联多圆柱模型的建立及工况设置
4.3 位置对双圆柱振动及能量收集的影响
4.3.1 不同附属杆位置工况的振动特性
4.3.2 不同附属杆位置工况的流场分析
4.3.3 上下游柱体无量纲功率的对比分析
4.4 间距比对双圆柱能量收集的影响
4.5 位置对三圆柱振动及能量收集的影响
4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]流致振动能量利用的研究现状与展望[J]. 练继建,燕翔,刘昉. 南水北调与水利科技. 2018(01)
[2]大涡模拟中模型系数对方柱绕流的影响[J]. 张童伟,聂欣,陶雪峰. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]矩形断面柱体涡激振动数值模拟与机理分析[J]. 龚慧星,刘志文. 公路交通科技. 2016(08)
[4]基于风致振动机理的微型压电风能采集器[J]. 曹旸,陈仁文. 压电与声光. 2016(04)
[5]直激式压电风能捕获器的性能分析与实验[J]. 阚君武,张肖逸,王淑云,汪彬,沈亚林,杨灿,傅青青. 光学精密工程. 2016(05)
[6]不同截面形式振子的流致振动试验[J]. 燕翔,练继建,刘昉,张军,张梦溪. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016(12)
[7]行波壁抑制圆柱涡激振动的数值模拟研究[J]. 徐枫,陈文礼,肖仪清,欧进萍. 工程力学. 2014(09)
[8]串列双圆柱流致振动的数值模拟及其耦合机制[J]. 及春宁,陈威霖,黄继露,徐万海. 力学学报. 2014(06)
[9]中国陆地风能资源开发潜力区域分析[J]. 李柯,何凡能,席建超. 资源科学. 2010(09)
[10]压电俘能技术研究现状综述[J]. 袁江波,谢涛,单小彪,陈维山. 振动与冲击. 2009(10)
博士论文
[1]圆柱型压电俘能器的流激振动及其发电性能研究[D]. 宋汝君.哈尔滨工业大学 2016
[2]被动湍流控制下多柱体流致振动研究[D]. 丁林.重庆大学 2013
[3]方形钝体绕流湍流场特征参数研究[D]. 米海蓉.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]不同截面形状柱体流致振动及能量转换特性[D]. 李恒.重庆大学 2015
本文编号：3277376
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