圆柱绕流场行波壁主动流动控制的数值模拟研究

摘要

斜拉索作为桥梁中对风致振动敏感的构件,长期的涡激振动会造成疲劳寿命的下降和使用舒适性的降低。斜拉索风致振动是由于尾流非定常旋涡脱落引起的,因此研究圆柱绕流场及其控制方法具有重要意义。本文结合数值模拟与理论分析,采用行波壁主动流动控制方法,对圆柱非定常绕流场进行控制研究。
　　首先采用Ansys Fluent软件建立二维圆柱绕流及其行波壁控制的数值模拟模型,并对该数值模拟模型进行验证;并通过动网格实现行波壁的运动。
　　然后分析行波壁的波速和振幅对流动控制效果的影响,当行波波速与来流速度之比达到1.0后,原有的涡旋脱落被抑制,行波的频率锁定原涡脱频率。当行波的振幅与波长之比低于0.025后,行波壁控制效果减弱。进一步采用行波壁对圆柱涡激振动进行控制研究,分析行波壁对圆柱涡激振动的控制效果和机理。
　　最后,本文基于N-S方程,建立行波壁边界层的简化方程,得到行波扰动速度的解,在一定程度上量化前人提出的行波“流体滚动轴承”的概念,分析扰动速度对涡的影响,解释行波壁流动控制方法的内在机理。

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第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2转捩、尾迹和涡激振动

1.3流动控制技术

1.4本文研究内容

第2章 圆柱绕流场行波壁流动控制模型及验证

2.1引言

2.2几何建模

2.3数值计算模型

2.4圆柱绕流结果验证

2.5本章小结

第3章 圆柱绕流场行波壁流动控制研究

3.1引言

3.2流场拓扑结构

3.3行波波速对控制效果的影响

3.4行波振幅对控制效果的影响

3.5行波对涡激振动的抑制

3.6本章小结

第4章 行波壁流动控制机理研究

4.1引言

4.2边界层转捩

4.3二维平板边界层的简化

4.4行波壁边界层的简化

4.5行波壁控制机理

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

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