正方形布置四圆柱结构流致振动响应特性研究

通过风洞实验研究了正方形布置四圆柱的流致振动特性,实验雷诺数Re=3200~28900,圆柱间距比S/D=1.5~4.0(S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径),质量比m^(*)≈345.0.结果表明,当S/D≤2.0时,上游圆柱1和2呈现涡激振动和类弛振耦合响应,下游圆柱3和4呈现涡激共振和尾流弛振耦合响应;当S/D=2.5~3.0,上游圆柱1和2除了在约化速度超过一定值时存在弱振动外,基本接近单圆柱涡激振动响应,下游圆柱3和4表现为分离的涡激共振和尾流弛振响应;当S/D=4.0时,上游圆柱1和2振动响应几乎和单圆柱一样,而圆柱3和4仍呈现分离的涡激共振和尾流弛振响应.当圆柱呈现涡激振动(上游圆柱)或涡激共振(下游圆柱)时,涡脱频率f_(s)锁定于固有频率f_(n)的1倍谐频,而当圆柱呈现剧烈的类弛振响应(上游圆柱)或尾流弛振响应(下游圆柱)时,f_(s)则会出现明显的多倍谐频;圆柱模型振动频率f_(o)主频始终锁定于fn的1倍谐频.通过对比正方形四圆柱和双圆柱流致振动特性,发现双圆柱动力学响应规律在一定程度上仍适用于正方形布置四圆柱.

并列刚性双圆柱流激振动风洞试验研究

通过风洞试验研究了弹性支撑条件下并列刚性双圆柱的流激振动,试验雷诺数范围Re=3200~36200。圆柱间距比S/D=1.5~4.0,其中S为两圆柱圆心间距,D为圆柱直径。结果表明:随着间距的变化,并列双圆柱的振动幅值呈现涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)和尾流耦合涡激振动(wake-coupled vortex-induced vibration,WCVIV)模式。WCVIV发生在间距比S/D≤3.0时,此时双圆柱之间相互干涉作用较强,双圆柱振动幅值响应呈现不一致性,振动位移之间表现为同相位或反相位耦合特征,圆柱尾流场对称点的涡脱频率也不相同,尾流呈现不对称性。而VIV发生在间距比S/D=3.5~4.0时,此时双圆柱相互独立,其振动幅值和涡脱频率几乎相同,尾流的不对称现象消失,振动位移之间相位差不再近似等于恒定值而是随时间周期性的“划动”。无论发生WCVIV还是VIV,振动频率的主频均锁定于1倍的固有频率。

高分辨率TVD-FVM方法求解二维圆柱受迫振动问题

该文基于RANS方程,结合SST k-ω湍流模型,用单元速度向量转化法基础上的TVD格式对不可压缩流进行有限体积求解。研究雷诺数10 000,无量纲振幅0.3-0.5,无量纲频率0.70-1.40的圆柱受迫振动问题,结果表明:升力系数随无量纲频率变化规律与他人实验及数值结果拟合良好,成功捕捉到升力系数相位跳跃现象;对激振力系数、涡力系数、漩涡脱落形态及漩涡脱落频率进行深入分析,从能量角度验证转变(transition)现象。通过分析受迫振动激振力系数随无量纲频率变化规律,划分出激振区的无量纲频率范围,以利于半经验模型的快速VIV分析。对涡力及其相位进行分析,发现在转变后,涡力系数的数值大于升力系数,说明在振动频率较大时,惯性力较大,尽管惯性力不影响能量系数变化,但会加大涡力系数。