矩柱/圆柱非定常气动干扰对载荷影响的数值研究

摘要

采用一种基于k-ωSST湍流模型的雷诺平均N-S方程数值方法,对高雷诺数Re=1.17×107下矩柱/圆柱非定常气动干扰下的流场和载荷进行模拟,分析了不同中心夹角θ下矩柱和圆柱非定常气动载荷的相互影响以及非定常脱落旋涡之间相互作用过程.研究发现:对于不同中心夹角,当θ=30°时,圆柱和矩柱流场干扰作用最弱,圆柱的气动载荷最小.θ=180°时,圆柱和矩柱之间流场相互干扰最强烈,矩柱和圆柱气动载荷的波动幅值和平均值均达到最大,圆柱阻力系数幅值是相同雷诺数下单圆柱的6倍左右.上游矩柱旋涡破裂、再附以及下游旋涡之间融合形成更大尺度的卡门涡街是气动载荷急剧增大的主要原因.同时,由于旋涡的再附过程,下游圆柱具有0.86Hz和1.5Hz两个明显的旋涡脱落频率,实际工程中这种气动载荷的多频率性会影响结构的稳定性和安全性.