错列距离对被动控制双柱体流致振动特性的影响

发布时间：2021-07-31 05:19

　　针对双柱体这种极具代表性的多柱体结构,采用数值方法研究错列距离改变引起的双柱体流致振动特性的变化,分析间隙流与振动响应之间的相互影响关系。结果显示:错列双柱体的振动模态存在周期振动、双周期振动、多周期振动和拟周期振动等多种模态。上游柱体振幅受间距比的影响很小,间距比变化时,最大振动幅值均在约化速度U^*=6时取得。对于下游柱体,振动幅值随间距比大幅变化,尤其是当T=0.6D（D为柱体直径）时。随着来流速度的变化,上下游柱体振幅曲线发生交叉,存在一个临界约化速度U^*_c=7,当U^*>U^*_c时,上游柱体振幅低于下游柱体振幅。当T/D>0.6、U^*<8时,为间隙流主导区。在该区域内,上游柱体脱落的漩涡形成间隙流,附着在下游柱体的表面,使下游柱体的边界层分离提前,柱体振动增强。 

【文章来源】：重庆大学学报. 2020,43(03)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

柱体物理模型

如图2所示,计算区域为尺寸为32D×16D的长方形区域。上游柱体位于H/2(H=16D)处,距离入口端Lu=10D,距离出口端Ld=20D,两柱体x方向上圆心距为d。边界设置:进口为均匀来流,出口为压力边界,上下为固定壁面,柱体为运动壁面。对于柱体前端的粗糙带采用壁函数来描述粗糙度的影响。采用结构化网格进行网格划分,对近壁面区域实行网格加密处理,并将拓扑网格与耦合界面相结合,从而减小多柱体大幅振动时网格扭曲变形引起的计算误差。拓扑网格是一种底层静态的网格,该网格本身并不随运动子块运动,不会因拉伸或挤压产生网格形变,其特点在于子块区外围网格会随子块运动而自动生成或崩塌消失[18]。为验证网格无关性,计算了工况T/D=0,U*=4时,PTC双柱体流致振动响应情况,选取了3种不同密度的网格,结果如表2所示。对比了柱体的升阻力系数(Cl、Cd),发现不同网格密度下,升阻力系数的差值很小。因此,最终选择中等密度网格进行计算。近壁面区域中等密度网格如图3所示。而被动控制下双柱体流致振动模型验证在之前的研究中已做过,详见文献[19]。

采用结构化网格进行网格划分,对近壁面区域实行网格加密处理,并将拓扑网格与耦合界面相结合,从而减小多柱体大幅振动时网格扭曲变形引起的计算误差。拓扑网格是一种底层静态的网格,该网格本身并不随运动子块运动,不会因拉伸或挤压产生网格形变,其特点在于子块区外围网格会随子块运动而自动生成或崩塌消失[18]。为验证网格无关性,计算了工况T/D=0,U*=4时,PTC双柱体流致振动响应情况,选取了3种不同密度的网格,结果如表2所示。对比了柱体的升阻力系数(Cl、Cd),发现不同网格密度下,升阻力系数的差值很小。因此,最终选择中等密度网格进行计算。近壁面区域中等密度网格如图3所示。而被动控制下双柱体流致振动模型验证在之前的研究中已做过,详见文献[19]。表2 PTC双柱体网格无关性验证Table 2 Grid-independent study for two PTC cylinders(T/D=0,U*=4) 序号 网格尺寸 阻力系数Cd 升力系数Cl 上游 下游 上游 下游 1 180×60 1.029 -0.060 0.287 0.537 2 240×70 1.039 -0.065 0.299 0.561 3 360×80 1.038 -0.067 0.298 0.559

【参考文献】：
期刊论文
[1]低雷诺数下串列双圆柱涡激振动的数值模拟[J]. 张大可,赵西增,胡子俊,王凯鹏.  哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[2]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)
[3]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)
[4]串列双圆柱流致振动数值模拟[J]. 及春宁,杨立红,黄继露,刘爽.  港工技术. 2014(03)



本文编号：3312848