雷诺数对于方柱流致振动能量收集系统的影响

在来流作用下,相较于圆柱,方形柱体会发生更为明显的振动响应,其具备良好的海洋能量收集特性。针对方柱流致振动能量收集系统展开数值模拟研究,结合SST k⁃ω湍流模型求解URANS方程来获得流场信息,并通过Newmark⁃β方法求解固体振动方程。计算方法与实验数据及其他仿真模拟结果进行了对比,取得了良好的一致性。文章所选取的雷诺数范围为24000~160000,相应折合速度为3<Ur<20。结果表明,雷诺数对方柱的频率响应、振幅响应、脱涡模式以及能量获取效率均有不可忽视的影响。当雷诺数为88000时整个系统能量收集效率最高,为7.156%;在雷诺数大于120000后,方柱由涡激振动转向驰振,其振动响应及能量收集特性发生大幅变化,在雷诺数超过144000后方柱进入完全驰振状态。