正三角形排列管束结构流弹失稳流体力模型数值研究

发布时间：2021-12-23 01:07

　　研究了流弹失稳流体力模型.选取阻尼机理控制下的流弹稳定性问题为研究对象,在多种入口流速下对正三角形排列管束结构中单管可动情况的流致振动过程进行了模拟.用管子速度和位移的多项式函数作为流体力模型,结合流体力和管子位移数值模拟结果,计算了流体力系数.对不同流速工况下的流体力系数与流速之间的关系进行拟合,将流速的影响引入到流体力模型中.最终得到了与管子速度、位移以及入口流速相关的流体力模型.用建立起的流体力模型对管束结构流弹失稳临界流速进行了预测,结果较好.这种以管束结构流致振动数值仿真为基础,结合给定的函数形式建立起的流体力模型,能反映管束结构和流体相互作用过程中的主要特征,该模型对流弹失稳临界流速有一定的预测能力. 

【文章来源】：应用数学和力学. 2020,41(05)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

流场几何结构

在计算核心部分管子周围采用四边形边界层网格,确保第一层网格y+<1,边界层网格厚度为1 mm.管子间隙内流道结构复杂,因此采用三角形网格对其进行网格划分,使用三角形网格也有利于后续流致振动模拟中动网格功能的实现.三角形网格的尺寸和管子表面附近边界层网格长度近似(图2).对于管束结构的流致振动问题,一般可将管子受到的流体力分为与管子运动有关的流体弹性力和与管子运动无关的湍流随机激励[8,15].对于结构运动幅度较大的情况,湍流随机激励的效应可以忽略[8].因此,本文用Reynolds平均法求解流场,不对湍流随机脉动进行详细模拟.Reynolds平均法对流体动量方程(N-S方程)进行时均处理,只关注平均流动,抛弃湍流的瞬时特征.管束结构内部流场本质上属于圆柱绕流问题,流场内存在逆压梯度、边界层分离、回流、再附着等现象.在湍流模型的选取方面,本文采用Realizable k-ε模型,期望能够对以上这些流动现象进行更好地模拟.流场入口为均匀速度入口边界(velocity inlet),管束下游出口为流量出口边界(outflow).

对于管束结构的流致振动问题,一般可将管子受到的流体力分为与管子运动有关的流体弹性力和与管子运动无关的湍流随机激励[8,15].对于结构运动幅度较大的情况,湍流随机激励的效应可以忽略[8].因此,本文用Reynolds平均法求解流场,不对湍流随机脉动进行详细模拟.Reynolds平均法对流体动量方程(N-S方程)进行时均处理,只关注平均流动,抛弃湍流的瞬时特征.管束结构内部流场本质上属于圆柱绕流问题,流场内存在逆压梯度、边界层分离、回流、再附着等现象.在湍流模型的选取方面,本文采用Realizable k-ε模型,期望能够对以上这些流动现象进行更好地模拟.流场入口为均匀速度入口边界(velocity inlet),管束下游出口为流量出口边界(outflow).图4 网格无关性验证结果


本文编号：3547468