低雷诺数下方柱流致振动稳定性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyi_wenzhou
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随着方柱结构在工程实际中的应用越来越广泛,如海上石油钻井平台,高耸建筑和输送电线,流动诱发振动现象得到了人们的极大重视,有很大的研究价值。涡激振动和驰振是流致振动的两个广为人知的的现象,其中,驰振是在小频率下的大振幅振动,通常发生在弹性细长的非圆柱结构中。本文通过数值模拟方法着重探究了低雷诺数下单自由度单方柱,在不同振动系统阻尼比和质量比的情况下,流致振动-驰振发生的临界情况及相关动力学参数(CD,CL,St)的变化。基于来流速度V和方柱直径D算的雷诺数Re=170,单自由度方柱只在与来流速度垂直的方向上振动,选定的阻尼比范围为01,选定的质量比范围为530,无量纲速度Ur=380。本文运用有限体积法。在每一组仿真中,先固定振动系统的阻尼比和质量比,通过改变系统的固有频率实现无量纲速度Ur对系统响应的影响的探究。然后改变阻尼比和质量比,继续探究Ur对系统响应的影响。最终,得到阻尼比和质量比多种不同组合情况下,诱发驰振发生的临界无量纲速度Urc和多种方柱振动相关系数,进而探究了质量比和阻尼比对Urc的影响及驰振发生的振动机理。模拟结果显示,质量比与诱发驰振发生的临界无量纲速度Urc的关系比较复杂,在低阻尼比时,Urc与质量比呈现反比关系,但较高阻尼比时,呈现正比关系。在固定质量比时,Urc随着的阻尼比的增大而增大。单独的m*ζ不能确定系统响应,但是一定程度上可以预测驰振的发生与否。另外,通过对振动频率,位移和升力之间的相位角关系,瞬时涡量图及相关动力学参数的分析进一步揭示了驰振现象发生的内在机理。
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