低雷诺数下椭圆柱流致振动研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:george_ding
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研究者们发现,在海狮的前进过程中,胡须不会有明显振动,帮助其更好的接受前方猎物留下的信号。但在实际工程中,放入来流流体中的钝体会受到流致振动,流致振动在很多工程领域都有很重要的研究价值,尤其是在核反应堆燃料棒,电站的冷却塔以及换热器的换热管排等结构的设计中,如果忽略了流致振动的影响,就可能导致工程设备的损坏,造成重大损失。海狮胡须的截面是不同横纵比的椭圆形。本文主要探究在低雷诺数条件下攻角α,展弦比AR和约化速度U_r对椭圆柱流致振动的影响。展弦比AR=1,0.75,0.5,0.25。攻角α=0°,30°,60°,90°。约化速度U_r变化范围为2-10。本文通过CFD的模拟方式,采用有限体积法,在固定雷诺数Re=100,固定质量比m*=10的情况下,通过改变椭圆柱的固有频率f_n来实现对不同约化速度U_r情况下的振动的研究。同时改变椭圆柱的攻角以及展弦比,实现不同形状的椭圆柱的振动的研究。在每一组仿真研究中,讨论了椭圆柱两个自由度的振动幅度A_x,A_y、附加质量m_a以及阻力平均值C’_D和升力脉动值C’_L随椭圆柱攻角、展弦比及约化速度的改变而产生的变化情况。通过研究,得出以下结论:椭圆柱在小的展弦比下振动幅度较小,振幅峰值随着展弦比的减小逐渐衰减;在整个约化速度区域,纵向附加质量持续减小,在步入共振区域之前,附加质量数值很大,在共振区域保持在一个数值,离开共振区域后继续减少,附加质量为正时对椭圆柱的振动有阻碍作用,为负时对椭圆柱的振动有促进作用;攻角对振动有很大影响,在攻角为小角度时共振现象发生在大的约化速度下,攻角为大角度时发生在较小的约化速度下;本研究发现三种旋涡脱落模式,2S,C(2S),P+S,在α=0°时,涡旋脱落模式在2S和C(2S)模式间变换,P+S涡旋脱落模在α≠0°时出现。
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