高雷诺数下质量比对圆柱涡致振动影响分析

涡致振动分析可为柔性结构抗风研究与工程应用提供重要理论依据。采用基于非平稳雷诺均值Navier-Stokes方程(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations,URANS)的数值方法模拟了高雷诺数、高质量比条件下单向自由度圆柱的涡激振动。在改进的剪切应力输运k-ω(Shear Stress Transport,SST k-ω)模型基础上,运用动网格技术实现流固耦合,并结合Newmark-β方法求解结构运动方程。在雷诺数为1.39×104~1.04×105、折算速度为2~12的条件下,模拟分析了圆柱在不同折算速度时的涡激振动响应,得到了不同质量比时圆柱涡激振动的振幅比、振动频率比、升力系数等的变化特点,讨论了圆柱振动响应和旋涡脱落特性,分析总结了高雷诺数下不同质量比的圆柱涡激振动特性规律。结果表明:数值结果与已有试验的吻合程度较好;雷诺数和质量比对圆柱的涡激振动影响效果明显,对进一步分析圆柱涡致振动具有参考意义。