锁定区圆柱涡激振动特性的数值模拟研究

发布时间：2025-04-15 00:08

　　涡激振动是工程中常见的现象,其本质是复杂的流固耦合问题,深入认识其规律及机理不仅具有科学意义,而且可为相关工程结构物的载荷计算及运动分析提供依据。针对涡激振动研究者们已开展了大量的实验和数值研究,并取得了逐步深入的认识。流动分离、水动力周期性响应、圆柱运动响应以及尾流模式等是涡激振动中受关注的重要问题,其中尾流模式与圆柱运动响应分支之间有着密切联系。随约化速度增大,运动响应出现锁定区域是涡激振动中的重要现象。由于涡激振动问题的复杂性,目前的认识尚不足,仍须深入研究。本文建立了涡激振动数值模型,与实验结果的对比表明模型合理、可靠。以数值模型为基础,针对涡激振动(单频)圆柱和锁定区域内双频振动圆柱,研究了其速度环量及水动力响应的特征及机理。关于涡激(单频)振动的主要结论如下:1)绕圆柱的速度环量的时空分布呈规律的条带分布,对应不同响应分支,振动圆柱的环量极值略有差异;2)随来流速度增大,振动圆柱的环量向外传播速度增大,固定圆柱与之变化一致,且二者的环量变化频率均增大;3)无量纲化速度环量的EOF分解结果中,前两个模态总贡献率高达97%,且二者均为时间分布的第一主频,二者对应的空间分布曲线与空...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1圆柱振动(a)1968年Feng的风洞实验[Figure1-1Theresponseofcylin

第一章绪论3小两个情况下，圆柱响应分支的切换点对应不同的流速值）。1988年Ongoren和Rockwell[10]在雷诺数Re为[584,1300]的范围内，开展强迫振动实验，发现了相位锁定现象，即圆柱的振动频率f锁定在固有频率fn附近时，圆柱运动与脱涡之间存在180°相位差。....

图1-4涡激振动实验的三种模式

第一章绪论8量分布有关，并表示能量传递的方向。Morse和Williamson[33]（2009）证明了在精密的控制下，测量的和预测的振幅等其他参数十分相近，但无法排除非线性的影响，如与圆柱相关的刚度和阻尼。1.2.2.3自由振动实验模型弹性支承的自由振动实验是现在普遍应用的模型....

图2-1圆柱绕流与曲面边界层分离示意图[57]

第二章涡激振动理论及研究方法11第二章圆柱涡激振动基础理论认识及数值模拟方法涡激振动的相关研究从绕流特性开始已有近百年的历史，其中较为经典的是针对圆形截面的钝体结构的研究，从流动分离到涡旋脱落，再到柱体受周期变化水动力而振动的过程，其间的影响因素繁多且错综复杂。本章将介绍涡激振动....

图2-2边界层内的速度分布[57]

第二章涡激振动理论及研究方法12仅分析速度无法解释边界层分离的原因，还须结合边界层的压力分布。根据普朗特边界层的微分方程，在物面上（y=0,u=v=0），有公式：22du1dpdydx=(2-1)其中u表示平行于物面切向的速度分量，y表示垂直于物面的位移分量，x表示平行于物面切向....

本文编号：4039760