基于Overture平台的交错圆柱绕流与涡致振动数值研究

摘要

本文利用数值计算平台Overture提供的数值功能，构建了一个交错多圆柱绕流数值模拟环境，采用多重覆盖网格分区差分方法求解原始变量Navier-Stockes方程、压力Poisson方程和柱体运动控制方程，模拟了前人较少涉及的低雷诺数下二维静止交错排列双圆柱绕流以及弹簧-阻尼-柱体模型下单自由度双圆柱涡致振动问题，利用数值方法预测圆柱绕流流动流场和绕流诱发振动的振幅等动力学特性以及圆柱振动后对于流场的影响。圆柱计算采用贴体坐标，动量方程的对流项和扩散项分别采用了三阶迎风紧致格式和四阶中心差分紧致格式，压力方程采用一般二阶中心差分，柱体运动方程采用四阶龙格一库塔方法求解。 全文主要分为四大部分，首先概括了圆柱绕流及涡致振动的机理和前人已经完成的成果。其次详细介绍了本文用来构建计算环境的0verture计算平台的体系结构特点和应用方法，并描述了本文使用的计算方法。第三部分研究了静止状态下交错双圆柱绕流问题，特别是下游圆柱绕流流动，并和均匀来流孤立圆柱绕流流动做比较。进一步从数值上扩展了绕流的旋涡生成与脱落研究。由于上游圆柱尾流和涡脱落的影响，使得下游圆柱绕流流动情况要复杂的多。第四部分研究了交错双圆柱单自由度振动情况下的圆柱涡致振动，考察了不同间距不同角度下上游圆柱尾流对于下游圆柱的影响作用。发现在间距比较小的状态，上游圆柱的振动对下游圆柱的振动有抑制现象，上游圆柱脱落涡会使下游圆柱共振区间加宽等特性。 本文的研究成果有助于更深入的研究复杂环境下钝体绕流的流场特性，对于实际工程中多结构绕流的流体诱发振动问题有指导意义和应用价值。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章物理机理及控制方程

第三章Overture数值计算平台

第四章静止交错排列双圆柱绕流

第五章弹性交错排列圆柱绕流及涡致振动

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢