串列双旋转圆柱群绕流特性及互扰效应研究

本文基于Fluent计算软件,对Re=200条件下,串列双旋转圆柱三维绕流问题进行数值模拟研究。探究不同间距比(L/D=1.5-5.0)和旋转速率(α=0.0-4.0)对旋转圆柱流体力系数、表面压力系数、流场特性以及涡脱落的影响。研究表明:流向涡主要由下游圆柱产生,当旋转速率较小(α<2)时为大涡结构,当α≥2时则转变为混合交错排列的小尺度结构;展向涡则主要由上游圆柱产生将下游圆柱包裹在内;圆柱旋转会导致尾流呈现不对称模态,尾涡向下侧发生偏移,随着转速的增加,圆柱表面以负压为主,吸力会增大从而抑制尾流的产生;随着α增大,上、下游圆柱阻力系数平均值变化规律相反,而升力系数均方根值变化规律相同;旋转速率对上游圆柱的阻力系数成分的影响较大,导致阻力系数平均值发生异号;仅在小间距比工况下下游圆柱阻力系数平均值会发生异号;当旋转速率较大时,上、下游圆柱的斯托罗哈尔数均会趋于0,随L/D增大其变化速度会加快。

低雷诺数下串列布置双圆柱涡激振动特性研究

基于四步半隐式特征线分裂算子有限元方法,对串列布置双圆柱双自由度涡激振动问题进行了数值模拟计算,并分析了间距比、剪切率、频率比以及折减速度4个参数对圆柱结构动力响应的影响.研究发现:不同固有频率比与剪切率对下游圆柱振动幅值影响较大,然而对上游圆柱振动幅值影响较小.上游圆柱在两个自由度方向达到最大值的折减速度不同,然而下游圆柱基本同步.上游圆柱共振区的范围明显宽于下游圆柱,同时上游圆柱较下游圆柱会更早进入与退出共振区间.另一方面,双圆柱主要在锁定区间完成相位的转变,随频率比增大能量从流体传递到柱体的速度会减慢,导致圆柱体结构完成从同相到反相的转变速度会减慢.剪切来流工况下,当间距比大于3.5时,升力与位移相位差会出现"平台期".当间距比超过临界值时,随着折减速度的增大,流体力功率谱密度曲线出现的杂频会增多,导致出现能量"反哺"现象.最后,在均匀来流工况下,升阻力功率谱密度曲线中主频率值呈两倍关系,然而随着剪切率的增加,流体力功率谱密度曲线会基本重合.

不同入射波对管束结构受力特性的影响

基于DualSPHyscis开源程序,对波浪数值水池以及波浪与结构相互作用进行模拟,通过对造波板施加预定义函数来实现Stokes二阶规则波的产生,同时在下游边界附近处设置粘性消波区来实现消波功能。通过对波浪数值水池自由液面高度和测量点速度值与Stokes二阶理论值的对比,验证SPH方法对波浪数值模型求解的可靠性。另外,为了验证该方法能正确求解波浪与结构的相互作用,将SPH模型求解结果与实验结果、理论结果进行对比,吻合度较高。最后,对波浪与三圆柱管束结构相互作用60组工况进行模拟,探究不同旋转角度下三圆柱管束所受波浪力的变化特性,分析不同波参数对结构受力特性的影响,并引入单圆柱体结果作为对比分析。当旋转角度为90°时,三圆柱管束结构所受的波浪力最大;旋转角度为180°时,三圆柱管束结构的受力最小。

六附属旋转小圆柱对主圆柱绕流特性的影响

基于计算流体动力学方法,对雷诺数Re=200条件下,六附属旋转小圆柱与主圆柱体二维绕流进行了数值模拟。考虑来流攻角(θ=0°-60°)与附属圆柱旋转速率(α=0.0-2.0)两个关键参数对主圆柱体流体力系数,以及流场特性的影响,最后分析了附属圆柱临界转速与来流攻角之间的变化。结果表明:来流攻角和附属圆柱旋转速率的变化对主圆柱体流体力系数、流场流动模态及其互扰效应的影响较大。随来流攻角的变化,主圆柱周围的流场流动模态会发生显著变化,静止与低速旋转状态下(α=0.0-1.0),主圆柱尾流形态呈多样性;而在高速旋转状态下(α=1.0-2.0),主圆柱尾流形态较为单一。此外,附属圆柱临界转速随来流攻角的增大呈现先增大后减小的变化趋势。