串列双圆柱涡激振动响应数值模拟
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摘要
本文利用动网格技术对雷诺数Re=100的串列双圆柱的涡激振动响应特性进行了数值模拟,研究了上游圆柱固定,下游圆柱可沿横向振动的工况下不同间距比(L/D=2~5)和折合流速(Ur=2.4~12)对上、下游圆柱的升阻力特性、涡激振动响应特性和圆柱间干扰效应的影响。图1为不同间距比时下游圆柱横向最大振幅'Ymax/D随折合速度Ur变化情况;图2为间距比L/D=5时不同折合流速Ur对应上下游圆柱间的涡量图。研究发现:1、对于不同间距比,在折合流速'Ur=7.2附近,下游圆柱的升阻力系数具有很明显的"跳跃"现象,并出现阻力峰值,这意味着下游圆柱可能在此折合速度下被完全诱导;且随着间距比L/D的增大,下游圆柱的涡激振动对上游圆柱的影响逐渐减弱,但上游圆柱对下游圆柱的干涉效应一直存在;2、随着间距比的增大,下游圆柱开始进入"锁定区间"的Ur减小。不同间距比的下游圆柱都在Ur=7.2时获得最大振幅且幅值相近,说明当下游圆柱被完全诱导振动后,间距比对圆柱振幅的影响较小;3、对于小间距比(L/D=2),Ur<6.0时,下游圆柱上下表面存在两个很长的剪切层,没有明显涡脱,6.0剪切层与下游圆柱的剪切层融合后形成"2S"模式的涡脱。Ur>10.8,下游圆柱尾部的涡脱模式已经从2S模式转变成明显的2P模式;间距比增大至L/D=5,Ur<7.2时,上游圆柱的涡脱撞击下游圆柱表面并会在后方形成"2S"模式的涡脱;7.210.8时,下游圆柱后方的涡脱模式又变为"2S"模式。
引文