正方形顺排排列四圆柱涡激振动数值模拟

摘要

本文采用有限体积法对低雷诺数下正方形顺排排列等直径四圆柱的涡激振动进行数值模拟。圆柱简化为可沿横向和流向振动的两自由度振子模型，圆柱的动力响应通过Newmark-β方法求解，圆柱与流场的耦合作用通过动网格技术实现。间距比在2.5-6.0之间变化，重点研究各圆柱的气动力和响应及相关的频率特性、尾流流动模式随间距比的变化。研究结果表明：上游圆柱的阻力均值和升力脉动值在整个间距范围内要大于下游圆柱，而下游圆柱的阻力脉动值在小间距比时显著提高。上游圆柱的横向振荡幅度较大，其最大横向振幅达到0.82倍直径，远大于相同参数下的单圆柱发生涡激共振的最大位移。下游圆柱在整个间距比范围内的阻力系数无量纲主频与Strouhal数保持相等，可能发生流向和横向同时共振，这说明多体振荡系统中下游圆柱的流向振荡不可忽视。