方柱渦致振動及減阻機(jī)理的數(shù)值研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在與流體有關(guān)的機(jī)械與工程中,渦誘發(fā)振動(Vortex-Induced Vibrations, VIV)是一涉及安全性的重要問題。在一些不利的條件下,流體誘發(fā)振動可能造成結(jié)構(gòu)坍塌,甚至引發(fā)災(zāi)難事故。而在實用結(jié)構(gòu)物中方形柱體是一種常見的形狀,因此研究方柱的繞流問題成為研究相關(guān)工程問題的一項基礎(chǔ)研究,同時由于方柱繞流包含著諸多的流體力學(xué)基本現(xiàn)象如邊界層分離、層流湍流轉(zhuǎn)捩等,因此方柱繞流的研究具有很強(qiáng)的應(yīng)用背景和重要的學(xué)術(shù)價值。本文利用流體力學(xué)

2、數(shù)值方法,對來流雷諾數(shù)為200條件下彈性支撐方柱的渦致振動現(xiàn)象,以及通過在方柱上游放置控制片來減阻和減振的控制機(jī)理進(jìn)行了研究。
  文中的流場模擬利用了計算流體力學(xué)軟件FLUENT,通過求解不可壓縮粘性流體Navier-Stokes方程獲得流場的各物理量;柱體的振動模擬采用了質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng),采用經(jīng)典的龍格-庫塔方法求解柱體振動方程;流體與固體之間的耦合利用了FLUENT的用戶自定義函數(shù)(UDF),將柱體的振動響應(yīng)嵌入到FLU

3、ENT,實現(xiàn)了交替計算流場分布和結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的流固半耦合計算,即在每一時間步計及流體與固體的相互作用分別求解流體運(yùn)動的控制方程和柱體的振動方程,從而模擬流體和方柱之間的非線性耦合作用。
  對來流雷諾數(shù)為200條件下彈性支撐方柱的渦致振動進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,成功地捕捉到了“鎖定”、“拍”和“相位反相”等現(xiàn)象,詳細(xì)分析了小雷諾數(shù)條件下方柱位移、振幅、尾渦形態(tài)和升阻力系數(shù)等在不同的頻率比和質(zhì)量比條件下的變化規(guī)律。論文還進(jìn)一步針對在方柱前

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