现代结构向超高层和大跨度方向发展,使结构变轻、变柔,结构在风荷载作用下的流固耦合效应十分突出。深入系统地研究结构流固耦合效应及其流场主动控制方法与机理,具有重要的学术价值和广阔的应用前景。本文采用CFD数值模拟方法,研究结构/群的涡激振动及其绕流场控制原理,揭示湍流来流条件下结构涡激振动的特点和规律,并将研究成果应用于实际超高层建筑结构绕流场及其风致振动效应的分析中。本文的主要研究内容如下:首先,在Fluent流体计算平台基础上,在C语言下自编结构域振动程序(采用Newmark-β算法),并通过动网格技术更新边界,发展一种弹性支撑刚性柱体流致振动的数值模拟计算方法。在此基础上,研究不同截面形状柱体的振动特点,分析结构参数和流向振动对圆柱气动力和位移的影响规律,给出尾流涡结构,揭示柱体振动与涡脱模式间的关系。第二,建立弹性支撑圆柱群流固耦合振动系统的数值计算方法;研究正方形顺排排列四圆柱的固定绕流干扰效应,以及间距对各圆柱气动力及频率特性的影响;进一步研究弹性支撑四圆柱的气动弹性干扰效应,分析间距对各圆柱的气动力和振动响应的影响规律,揭示流场结构与涡脱模式。第三,研究表面带振荡附属物的单圆柱涡激振动,建立表面带振荡附属物的单圆柱涡激振动模型,分析附属物的尺寸、旋转方向和振荡幅度对圆柱涡激振动幅值的影响,分析气动力和位移随折减风速的变化规律及与附属物振荡方向的相关性。第四,研究CFD数值模拟中湍流来流边界的实现方法,通过单圆柱的绕流结果揭示出流场的脉动特性,进一步研究不同湍流强度脉动风作用下单圆柱的涡激振动,重点分析圆柱的位移幅值和锁定区范围随折减风速的变化规律,指出与平均风作用下单圆柱涡激振动结果的差别并分析产生差别的原因。第五,将本文实现的脉动风来流边界应用于实际工程结构,基于数值风洞技术预测超高层建筑表面的平均风压和脉动风压,并与风洞实验结果进行比较;进一步对超高层建筑的风致流固耦合振动进行数值模拟,并与常态风和台风作用下该超高层建筑的现场实测结果进行对比,重点分析了结构的振动响应和气动力随高度和时间的变化规律,通过不同高度处的涡量等值线图分析结构振动对流场的影响。最后,采用角动量尾迹控制法对固定方柱绕流场实现主动流动控制,研究不同风向和角动量大小对流场的控制效果;进一步研究了角动量尾迹控制法对弹性支撑方柱单自由度横向振动的抑制,通过方柱表面的平均压力分布和尾流涡量等值线图揭示该方法实现流动控制的机理。