基于大涡模拟的波浪型斜拉索减阻减振研究
发布时间：2021-12-23 13:14
针对通过改变斜拉索表面形状来减小斜拉索由风载荷引起的振动问题进行研究,运用大涡模拟方法,对两种典型的波浪型斜拉索λ/D=2和λ/D=6的静止绕流特性进行了分析。分析结果表明:在Re=10000时,波浪型斜拉索λ/D=2和λ/D=6均有一定的减阻减振特性,其中斜拉索λ/D=2的减阻减振效果更好,减阻和减振分别能达到30%和90%,这主要是由于波浪型斜拉索沿展向的截面变化,导致流动分离点不同,改变了表面背压分布;斜拉索λ/D=2更好地延缓了剪切层的分离,重新生成稳定的结构,从而较好地抑制了涡脱的形成,具有一定的减阻减振效果。
【文章来源】：应用力学学报. 2019,36(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【图文】：
波浪型斜拉索模型Fig.1Wavystaycablemodel2018-01-132018-05-22
枋觥?m=2(2π/)zDDaz，mminmaxD=(DD)/2其中：Dz为波浪型斜拉索随余弦变化的直径；z轴为拉索轴线的方向；如图1所示，不同截面分别有不同的截面尺寸Dmax、Dm、Dmin，这种波形变化的函数为余弦函数，波幅值表示为a；λ为一个周期的波长；本文提到的量纲为一的参数，都是通过波浪型斜拉索的中径mD来归一化。本文对波浪型斜拉索进行建模，采用相关的网格划分软件GAMBIT进行。在z轴方向上一个周期长度是2D(λ/D=6时，其长度值为6D)，如图2所示，整个模型为24D×36D×2D。模型位于距流体介质入口方向12D处，总的流动区域长度为24D，左右两边的区域为对称的边界条件，分别距离12D。这样设置的目的是保证流动特性不受流体模型的尺寸限制。图2计算模型区域Fig.2Computationalmodelarea由于网格数量的多少和网格质量会影响结果的准确性，在采用GAMBIT网格划分过程中，必须检查网格质量程度，不能出现尺寸太小或太大的网格单元。为了提高网格质量，本文采用O型结构化网格进行网格划分。大涡模拟对数值计算的要求比较高，尤其是边界层的设置，网格计算量的求解。因此，在划分的过程中，波浪型斜拉索表面附近的单元需要加密处理，在逐渐远离其表面的区域，网格成比例的稀疏设置，这样能保证计算结果的准确性，还能节省计算时间。图3采用O型结构化网格Fig.3AdoptO-structuredgrid如图3所示，网格划分为8块结构，斜拉索表面的第一层结构单元，边界层厚度设置为1×10-3D[5]，它能充分保证y≤1。斜拉索模型一周的网格点数量达到160个，整体网格数量为1×106左右。?
larea由于网格数量的多少和网格质量会影响结果的准确性，在采用GAMBIT网格划分过程中，必须检查网格质量程度，不能出现尺寸太小或太大的网格单元。为了提高网格质量，本文采用O型结构化网格进行网格划分。大涡模拟对数值计算的要求比较高，尤其是边界层的设置，网格计算量的求解。因此，在划分的过程中，波浪型斜拉索表面附近的单元需要加密处理，在逐渐远离其表面的区域，网格成比例的稀疏设置，这样能保证计算结果的准确性，还能节省计算时间。图3采用O型结构化网格Fig.3AdoptO-structuredgrid如图3所示，网格划分为8块结构，斜拉索表面的第一层结构单元，边界层厚度设置为1×10-3D[5]，它能充分保证y≤1。斜拉索模型一周的网格点数量达到160个，整体网格数量为1×106左右。二阶中心差分方法和二阶的计算精度能够满足大涡模拟的求解要求，它能使模型快速收敛。由于压力量的产生，本次模型采用隐式求解，动量和连续性方程产生的压力-速度耦合问题通过PISO算法处理。斜拉索模型的边界条件采用压力入口，速度出口，上下为周期性边界条件。3大涡模拟控制方程和SGS模型将低通空间滤波器应用于Navier-Stokes方程，并假设滤波和差分运算，可以通过下面的方程计算。0iiux(1)21iijijijijjjuuuPutxxxxx(2)式中：下标i、j分别为笛卡尔坐标系的方向；P为滤波后的压力。不可压缩方程为ijijijuuuu(3)圆柱体模型周围的计算区域边界层细节对大涡模拟计算十分重要，无论是在层流还是湍流，计算对于近壁区域的建模是很敏感的，圆柱表面的分离点位置会直接决定结?
【参考文献】：
期刊论文
[1]亚临界雷诺数下波浪型圆柱绕流的数值模拟及减阻研究[J]. 邹琳,林玉峰. 水动力学研究与进展A辑. 2010(01)
本文编号：3548546
【文章来源】：应用力学学报. 2019,36(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【图文】：
波浪型斜拉索模型Fig.1Wavystaycablemodel2018-01-132018-05-22
枋觥?m=2(2π/)zDDaz，mminmaxD=(DD)/2其中：Dz为波浪型斜拉索随余弦变化的直径；z轴为拉索轴线的方向；如图1所示，不同截面分别有不同的截面尺寸Dmax、Dm、Dmin，这种波形变化的函数为余弦函数，波幅值表示为a；λ为一个周期的波长；本文提到的量纲为一的参数，都是通过波浪型斜拉索的中径mD来归一化。本文对波浪型斜拉索进行建模，采用相关的网格划分软件GAMBIT进行。在z轴方向上一个周期长度是2D(λ/D=6时，其长度值为6D)，如图2所示，整个模型为24D×36D×2D。模型位于距流体介质入口方向12D处，总的流动区域长度为24D，左右两边的区域为对称的边界条件，分别距离12D。这样设置的目的是保证流动特性不受流体模型的尺寸限制。图2计算模型区域Fig.2Computationalmodelarea由于网格数量的多少和网格质量会影响结果的准确性，在采用GAMBIT网格划分过程中，必须检查网格质量程度，不能出现尺寸太小或太大的网格单元。为了提高网格质量，本文采用O型结构化网格进行网格划分。大涡模拟对数值计算的要求比较高，尤其是边界层的设置，网格计算量的求解。因此，在划分的过程中，波浪型斜拉索表面附近的单元需要加密处理，在逐渐远离其表面的区域，网格成比例的稀疏设置，这样能保证计算结果的准确性，还能节省计算时间。图3采用O型结构化网格Fig.3AdoptO-structuredgrid如图3所示，网格划分为8块结构，斜拉索表面的第一层结构单元，边界层厚度设置为1×10-3D[5]，它能充分保证y≤1。斜拉索模型一周的网格点数量达到160个，整体网格数量为1×106左右。?
larea由于网格数量的多少和网格质量会影响结果的准确性，在采用GAMBIT网格划分过程中，必须检查网格质量程度，不能出现尺寸太小或太大的网格单元。为了提高网格质量，本文采用O型结构化网格进行网格划分。大涡模拟对数值计算的要求比较高，尤其是边界层的设置，网格计算量的求解。因此，在划分的过程中，波浪型斜拉索表面附近的单元需要加密处理，在逐渐远离其表面的区域，网格成比例的稀疏设置，这样能保证计算结果的准确性，还能节省计算时间。图3采用O型结构化网格Fig.3AdoptO-structuredgrid如图3所示，网格划分为8块结构，斜拉索表面的第一层结构单元，边界层厚度设置为1×10-3D[5]，它能充分保证y≤1。斜拉索模型一周的网格点数量达到160个，整体网格数量为1×106左右。二阶中心差分方法和二阶的计算精度能够满足大涡模拟的求解要求，它能使模型快速收敛。由于压力量的产生，本次模型采用隐式求解，动量和连续性方程产生的压力-速度耦合问题通过PISO算法处理。斜拉索模型的边界条件采用压力入口，速度出口，上下为周期性边界条件。3大涡模拟控制方程和SGS模型将低通空间滤波器应用于Navier-Stokes方程，并假设滤波和差分运算，可以通过下面的方程计算。0iiux(1)21iijijijijjjuuuPutxxxxx(2)式中：下标i、j分别为笛卡尔坐标系的方向；P为滤波后的压力。不可压缩方程为ijijijuuuu(3)圆柱体模型周围的计算区域边界层细节对大涡模拟计算十分重要，无论是在层流还是湍流，计算对于近壁区域的建模是很敏感的，圆柱表面的分离点位置会直接决定结?
【参考文献】：
期刊论文
[1]亚临界雷诺数下波浪型圆柱绕流的数值模拟及减阻研究[J]. 邹琳,林玉峰. 水动力学研究与进展A辑. 2010(01)
本文编号：3548546
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