分离板对圆柱体涡激振动特性影响的数值分析

摘要：

圆柱形结构广泛地存在于自然界及工程界中,因粘性流动分离所诱发的涡激振动抑制问题一直备受国内外学者的密切关注.分离板作为常用的被动流动控制装置,其对圆柱形结构涡激振动的影响和抑制的内在机理还尚待开展深入的研究.文中基于升力振子模型和分离涡法(DES),结合异步迭代算法,采用SIMPLE算法和Newmark-β法对离散的流体和结构方程进行强耦合的数值求解.数值验证了基于分离涡强耦合算法的准确性,开展了不同约化速度下(0<U*<16.67)分离板(无因次流向长度L/D=0.5)对圆柱体单自由度涡激振动的影响研究,讨论分析了分离板对圆柱体尾涡模式、流体力响应、振动响应和频率特性的抑制效果,获得了临界流速.数值研究结果表明:当U*<10时,分离板对圆柱结构的涡激振动有显著的抑制作用,圆柱结构的最大振幅降低了约69％,频率锁定区域变窄,同时旋涡发放频率也明显下降,圆柱结构受到的平均阻力系数、均方根阻力系数和均方根升力系数分别降低了约40％、90％和52％;当U*>10时,分离板的存在会引起显著的驰振现象,圆柱振幅不断地增大;随U*的继续增加,剪切层在分离后又重新附着在分离板上,圆柱从水流中吸取能量且其远大于结构阻尼所消耗的能量,振幅继续增加并超过了光滑圆柱的振幅,圆柱振动显著加剧,分离板不能起到抑制圆柱振动的作用.

关键词：圆柱、涡激振动、分离板、强耦合、分离涡法

所属期刊栏目：50

分类号：U661.4(船舶工程)

资助基金：黑龙江省自然科学基金资助项目;黑龙江省重点专项配套项目

在线出版日期：2022-12-30（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：41-50