圆柱体结构涡激振动问题的CFD模拟研究

发布时间：2021-09-18 14:52

　　当流体流经柱形结构物时,流体对结构的作用力促使柱体产生振动,柱体的振动又反过来改变流体的流动,这种现象被称为涡激振动。在涡激振动中,除柱体的振动外,还包含着流体流动分离、漩涡脱落等一系列复杂的流固耦合现象。影响参数众多,既需要考虑流体的流速、压力、粘性等参数,又需要考虑柱体的质量、阻尼和刚度。柱形结构的涡激振动问题是工程实践中经常遇到的一类问题,柱体强烈的振动甚至会导致其破坏,因此,它具有重要的科研价值和实际意义。本文以此圆柱涡激振动切入点,通过建立数值模型,研究单柱体、多柱体在流体作用下的涡激振动响应和水动力特性,同时对其受力、流场、涡量情况进行分析。本文的数值模型在笛卡尔网格系统下建立,以连续性方程和Navier-Stocks方程为流体的控制方程,使用基于 CIP 算法的 CIP-ZJU（Constrained Interpolation Profile method in Zhejiang University）模型对控制方程进行离散,具有计算速度快、精度高的特点。基于多相流理论对流体和固体实现同步求解,使用入侵边界法确定固-液交界面。首先,对雷诺数R= 100、质量比M*= 1... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 单圆柱涡激振动研究现状
    1.3 多圆柱涡激振动研究现状
    1.4 CIP方法的发展
    1.5 本文的研究内容
2 CIP-ZJU数值模型原理
    2.1 CIP方法
    2.2 控制方程
    2.3 计算网格
    2.4 流场求解器
    2.5 边界条件
    2.6 计算流程
    2.7 本章小结
3 单圆柱涡激振动
    3.1 数值模型建立
    3.2 计算结果分析
    3.3 本章小结
4 串列双圆柱涡激振动
    4.1 数值模型建立
    4.2 上游圆柱固定的计算结果
    4.3 上游圆柱自由振动的计算结果
    4.4 本章小结
5 刚性连接三圆柱涡激振动
    5.1 数值模型建立
    5.2 攻角α=0°的计算结果
    5.3 攻角α=30°时的计算结果
    5.4 攻角α=60°时的计算结果
    5.5 本章小结
6 结论及展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 进一步工作展望
参考文献
作者简历
发表文章目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]液面冲击引起液滴飞溅问题的CIP方法数值模拟[J]. 赵西增,叶洲腾.  计算物理. 2016(01)
[2]基于CIP方法的液滴冲击薄膜数值模拟[J]. 叶洲腾,赵西增,王兴刚.  水动力学研究与进展A辑. 2015(03)
[3]紧致插值曲线方法在流向强迫振荡圆柱绕流中的应用[J]. 赵西增,付英男,张大可,程都.  力学学报. 2015(03)
[4]亚临界雷诺数下圆柱受迫振动的数值研究[J]. 赵静,吕林,董国海,谢彬,滕斌.  计算力学学报. 2012(01)
[5]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)
[6]基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟[J]. 姚熊亮,方媛媛,戴绍仕,王领.  水动力学研究与进展A辑. 2007(05)
[7]两向自由度低质量比圆柱体涡激振动的数值计算[J]. 黄智勇,潘志远,崔维成.  船舶力学. 2007(01)
[8]海洋输液立管涡激振动响应及其疲劳寿命研究[J]. 郭海燕,傅强,娄敏.  工程力学. 2005(04)
[9]均匀流中横向振荡圆柱绕流场的数值分析[J]. 王志东,周林慧.  水动力学研究与进展（A辑）. 2005(02)
[10]FLUENT软件在圆柱绕流模拟中的应用[J]. 徐元利,徐元春,梁兴,张进国.  水利电力机械. 2005(01)

硕士论文
[1]强非线性自由面运动的CFD模型研究[D]. 叶洲腾.浙江大学 2016



本文编号：3400337