串列不等直径双圆柱海流能发电振子涡激振动数值模拟

发布时间：2025-02-19 20:12

　　 文章基于计算流体力学软件STARCCM采用有限体积法结合重叠网格技术在低雷诺数Re=300条件下对串列不等直径双圆柱进行数值模拟,分析了直径比(d/D)和间距比(G/D)对串列不等直径双圆柱涡激振动特性的影响。研究结果表明:上、下游圆柱之间的相互作用随着间距比的增加而减小;下游小圆柱的振幅比随着直径比的增加而减小,当G/D=2,d/D=0.2时,上、下游圆柱的振幅比均取得最大值,其中下游圆柱的振幅比最大可达3.2 d;间距比和直径比对上游大圆柱的升、阻力系数的影响较大,下游小圆柱的升、阻力系数均随着直径比的增加而呈现出逐渐增大的变化趋势。研究结果可为海流能发电装置振子直径比和间距比的选取提供参考。

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【部分图文】：

图1 计算域及边界示意图

图1为计算域及边界示意图。圆柱圆心距离进口边界为15D，距离上、下边界均为15D。进口采用速度入口，出口采用压力出口，上、下边界采用对称边界，圆柱为壁面边界。限定上、下游圆柱均做垂直流向单自由度振动。2数值计算方法

图4 不同直径比下升力系数均方根的变化曲线

在不同间距比下，上、下游圆柱的升力系数均方根Clrms随直径比的变化曲线如图4所示。从图4(a）可以看出：对于上游大圆柱，当G/D=2，直径比较小时，Clrms较小，随着直径比的逐渐增加，Clrms变化明显，并在d/D=0.6后出现陡增趋势，说明耦合不等直径的双圆柱振动时，圆柱间....

图5 不同直径比下阻力系数均方根的变化曲线

在不同间距比下，上、下游圆柱的阻力系数均方根Cdrms随直径比的变化曲线如图5所示。从图5(a）可以看出：对于上游大圆柱，当G/D一定时，随着直径比的逐渐增大，Cdrms出现较强的波动性，这说明当间距比一定时，下游小圆柱的直径变化对上游大圆柱的影响较大；当G/D=3,4,6时，随....

图6 升力的功率谱密度分布示意图

计算串列不等直径双圆柱绕流时发现，大小圆柱的涡脱落频率相同，但均比单圆柱绕流小。图6给出了d/D=0.6时不同间距比对应的升力信号的功率谱密度。从图6中可以看出：当G/D=2,3,4,6时，上游大圆柱对应的旋涡脱落频率分别为0.9087,0.9314,0.9332,0.93....

本文编号：4034266