矩形前缘剪切流对圆柱气动和绕流特性影响规律的研究

摘要：

横风中高速列车-桥梁系统存在复杂气动干扰效应,主要表现为桥面分离流与列车绕流间的相互作用.该效应可能显著改变列车风荷载,并最终影响桥上行车稳定性.为揭示列车-桥梁系统气动干扰效应机理,采用错列布置的二维圆柱和矩形钝体结构为抽象模型,通过风洞实验系统研究两者相对位置对圆柱气动力的影响规律.圆柱直径D=60 mm,矩形迎风面高度H=48 mm,基于来流风速U∞和D的雷诺数Re=6×104～1×105.实验发现,圆柱距矩形前沿水平距离L与两者垂直方向的间隙G对圆柱气动力均有显著影响.当G/D较小时,圆柱上侧产生较大负压区;随G/D逐渐增大,圆柱下侧产生较大负压区;当G/D进一步增大到某一临界值时,圆柱风压基本呈对称分布,圆柱尾流中开始产生周期性旋涡脱落,且涡脱频率低于孤立圆柱.随着L/D的增大,该G/D临界值逐渐增大,圆柱涡脱频率逐渐下降,涡脱强度逐渐减弱.当圆柱和矩形处在特定的相对位置时,圆柱气动力出现明显的雷诺数效应,圆柱的瞬时风压会产生2种模态.当G/D=0.4时,圆柱绕流会产生双稳态现象,且随着L/D的增大双稳态现象逐渐减弱.该现象是由于矩形前缘分离流的加速冲击在圆柱上,促使局部绕流提前转捩,从而使圆柱在亚临界区产生临界区的气动特性.研究结果可为实际工程中桥上行车的安全性和稳定性分析提供参考.

关键词：圆柱、矩形、异构钝体、雷诺数效应、双稳态

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分类号：TU311(建筑结构)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;湖南省自然科学基金资助项目

在线出版日期：2023-11-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：3638-3647