弹性圆柱在轴向来流中涡激振荡的直接数值模拟研究
本文关键词:弹性圆柱在轴向来流中涡激振荡的直接数值模拟研究 出处:《浙江大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
更多相关文章: 涡激振荡 虚拟区域法 直接数值模拟 三维振荡 轴向
【摘要】:圆柱涡激振荡问题广泛存在于机械、海洋、航空等工程中,由于该问题中流体和固体运动是相互耦合的,对其做数值计算是个很大的挑战。本论文使用直接力/虚拟区域法对一端固定一端自由的弹性圆柱在轴向来流中的涡激振荡问题进行了直接数值模拟,着重分析了无量纲参数包括雷诺数、无量纲剪切模量、圆柱-流体密度比对圆柱振荡运动的影响以及相关流场的涡结构、尾涡脱落过程。当限制弹性圆柱在轴向来流中做平面振动时,弹性圆柱振荡呈对称性,并且主要做拍动振动。增加雷诺数或减小密度比均可使其无量纲振荡频率(St)加大,无量纲剪切模量对振动频率的影响非常小。振幅随雷诺数和密度比的增大而增大,随无量纲剪切模量的增大而减小,其中密度比的影响最为显著。尾涡主要呈现为对称的发夹涡。当去掉平面振动中的约束后,自由端开始做转圈振动。当振荡呈现“circle”模态时,两个方向的振幅相当,合成运动为单峰振动。当振荡呈现“ellipse”模态时,自由端运动轨迹接近椭圆形,合成运动为双峰振动。与平面振动类似,振幅均会随着雷诺数和密度比的增加而增大,随无量纲剪切模量的增大而减小,振幅对密度比的变化最敏感。无量纲频率(St)随密度比的增加而变小,同时无量纲剪切模量对无量纲频率的影响和模态相关。雷诺数和无量纲剪切模量对振动模态的影响相互制约。“circle”模态尾涡为连续脱落的旋转发夹涡。
[Abstract]:The problem of cylindrical vortex-induced oscillations is widely used in mechanical, marine, aviation and other engineering, because of the fluid and solid motion is coupled with each other in this problem. The direct force / virtual domain method is used to simulate the vortex-induced oscillations of an elastic cylinder with one fixed end and one free end in axial flow. The effects of dimensionless parameters such as Reynolds number, dimensionless shear modulus, the ratio of cylindrical to fluid density on the oscillatory motion of the cylinder and the vortex structure of the related flow field are analyzed emphatically. Wake vortex shedding. When the elastic cylinder is confined to the plane vibration in the axial flow, the elastic cylinder oscillates symmetrically. The frequency of dimensionless oscillation can be increased by increasing Reynolds number or decreasing density ratio. The effect of dimensionless shear modulus on vibration frequency is very small. The amplitude increases with the increase of Reynolds number and density ratio, and decreases with the increase of dimensionless shear modulus. The effect of density ratio is the most obvious. The wake vortex is mainly a symmetrical hairpin vortex. When the constraint in the plane vibration is removed, the free end begins to make the rotation vibration. When the oscillation presents the "circle" mode. The amplitude of the two directions is equal, the synthetic motion is a single peak vibration, when the oscillation presents "ellipse" mode, the free end motion trajectory is close to the ellipse, and the synthetic motion is a bimodal vibration, which is similar to the plane vibration. The amplitude increases with the increase of Reynolds number and density ratio, and decreases with the increase of dimensionless shear modulus. The amplitude is most sensitive to the change of density ratio, and the dimensionless frequency Stg becomes smaller with the increase of density ratio. At the same time, the influence of dimensionless shear modulus on the dimensionless frequency is related to the mode. The influence of Reynolds number and dimensionless shear modulus on the vibration mode is restricted. "circle" The modal wake is a rotating hairpin vortex with continuous shedding.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:O32
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 罗坤;樊建人;岑可法;;旋流喷雾燃烧的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2010年12期
2 李新亮,傅德薰,马延文;可压缩均匀各向同性湍流的直接数值模拟[J];中国科学(A辑);2002年08期
3 陈斌,T.Kawamura,Y.Kodama;静止水中单个上升气泡的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2005年06期
4 陈斌;;高粘度流体中上升气泡的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2006年02期
5 邱剑;顾兆林;;利用高阶分区并行算法实现直接数值模拟[J];计算力学学报;2008年01期
6 刘亚明;易超;柳朝晖;郑楚光;;惯性颗粒所见被动标量统计特性的直接数值模拟研究[J];工程热物理学报;2011年03期
7 李德波;樊建人;易富兴;卢树强;岑可法;;可压缩颗粒圆孔射流并行直接数值模拟算法研究[J];工程热物理学报;2011年08期
8 周晓兰;刘财喜;董宇红;;平板电解槽内电解质湍流运动和传质的直接数值模拟(英文)[J];计算物理;2013年01期
9 胡晶晶;韦安阳;罗坤;樊建人;;煤灰对圆管磨损及传热耦合的直接数值模拟[J];工程热物理学报;2013年04期
10 王为国,庄逢甘,忻鼎定;平行涡管三维合并的直接数值模拟[J];力学学报;1998年01期
相关会议论文 前10条
1 邵雪明;林建忠;余钊圣;;鱼类波动推进的直接数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
2 邵雪明;余钊圣;;带热传递粒子流的直接数值模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
3 陈晖;李胜才;左志刚;;空泡群动态响应的直接数值模拟与分析[A];第九届全国水动力学学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集[C];2009年
4 熊勤钢;李博;葛蔚;李静海;;气固悬浮系统的直接数值模拟和计算规模对体系统计特性的影响[A];中国颗粒学会第六届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集(下)[C];2008年
5 李新亮;傅德薰;马延文;;可压缩衰减湍流的直接数值模拟[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年
6 于明州;;纳米颗粒凝并过程两相湍流矩方法直接数值模拟[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
7 吴丹;栗晶;柳朝晖;郑楚光;;三维圆湍对撞流直接数值模拟[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年
8 于明州;;均匀各向同性纳米颗粒两相湍流矩方法直接数值模拟[A];多相流与非牛顿流暨第八届全国多相流与非牛顿流学术研讨会论文集[C];2012年
9 由长福;仇轶;祁海鹰;徐旭常;;多颗粒系统的无网格法直接数值模拟[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 王丽丽;杨玟;张树道;昝文涛;;RM混合的数值模拟和工程模型研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
相关博士学位论文 前5条
1 刘恺;亚颗粒尺度多相燃烧直接数值模拟[D];清华大学;2014年
2 李德波;气固两相剪切流动大规模并行直接数值模拟研究[D];浙江大学;2011年
3 吕红;方形颗粒两相流的直接数值模拟[D];重庆大学;2011年
4 李文春;三维气固两相圆柱绕流的直接数值模拟[D];浙江大学;2005年
5 施杨;基于FD/SI方法的颗粒悬浮流直接数值模拟研究[D];浙江大学;2012年
相关硕士学位论文 前10条
1 倪泽联;基于FTM的两相流中相界面跟踪直接数值模拟[D];南昌大学;2015年
2 叶昭良;基于半隐格式均质湍流的直接数值模拟[D];华北电力大学;2015年
3 罗勇;旋涡主导流动的直接数值模拟及其噪声产生机理分析[D];中国空气动力研究与发展中心;2015年
4 蒋丽娟;弹性圆柱在轴向来流中涡激振荡的直接数值模拟研究[D];浙江大学;2015年
5 刘兰;蒸汽泡溃灭的数值模拟及空化模型的改进[D];浙江大学;2015年
6 王宇;颗粒悬浮湍槽流的双重直接数值模拟研究[D];浙江大学;2012年
7 吴腾虎;管道内颗粒悬浮流中大颗粒和湍流相互作用的直接数值模拟研究[D];浙江大学;2011年
8 刘亚明;均匀各向同性湍流内被动标量动力学特性的直接数值模拟研究[D];华中科技大学;2005年
9 何云;太阳能烟囱温度场和速度场的标度分析与直接数值模拟研究[D];云南师范大学;2007年
10 张征宇;FENE链运动的直接数值模拟[D];浙江大学;2005年
,本文编号:1365519
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/1365519.html