毗邻静止圆柱作横向振动圆柱尾迹的数值模拟

摘要

在钝体绕流中,由旋涡诱发的钝体振动有着深刻的理论和实际意义,因此受到了研究人员以及工程人员的广泛关注.当漩涡作用在结构上的激励力的振动频率接近或者等于结构的自然振动频率时,会导致结构的振动破坏.然而,目前对这种振动破坏的研究还不完善.比如,一个振动的流体圆柱系统对附近的另外一个圆柱的尾迹会产生什么样的影响?研究这个问题在工程中很有应用价值,如热交换管路,一些彼此靠近的高层建筑,紧凑在一起的输送管道以及海上一片片的平台结构等等.在这篇论文中,我对一个振动圆柱和一个附近静止圆柱的尾迹之间的相互作用进行了数值模拟研究.计算方法采用格子波尔兹曼方法,雷诺数限定为150.位于上游的圆柱以频率f<,e>作垂直流动方向的横向振动,振幅为A.对一系列的频率和振幅作了研究,即f<,e>/f<,s>=0.1~1.6,A/d=0.1~1.0,其中f<,s>是流场中仅有一个静止圆柱时候的旋涡脱落频率,d是圆柱的直径.两个圆柱在流场中配置成连心线平行于流速方向且振动圆柱位于上游.选择了四种不同的圆心距离,L/d=6.0,L/d=4.0,L/d=2.5和L/d=1.6.研究重点放在了一种叫做

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文摘

英文文摘

Acknowledgements

Nomenclature

1.1 Background

1.2 Studies of one oscillating cylinder wake

1.3 Studies of one or more oscillating cylinder wake

1.4 Work of the present investigation

2.1 Physical model

2.2 Lattice Boltzm method

2.3 Boundary conditions in LBM

2.4 Extension for moving objects

2.5 Force evaluation in LBM

2.6 Mesh setup

2.7 Mesh on computational domain

2.8 Verification between experiments and simulations

3.1 Regions of lock-in of wake

3.2 Lock-in range of tandem configuration: L-=6.0d, 4.0d

3.3 Lock-in range of tandem configuration: L=2,5d, 1.6d

4.1 Flow patterns from system of stationary cylinders

4.2 Typical flow structures with oscillating cylinder

4.2.1 Type 1: single and binary vortices (SB)

4.2.2 Type 2: anti-symmetric single street (AS)

4.2.3 Type 3: binary street and single vortices (BS)

4.2.4 Type 4: symmetric single street (SA)

4.3 One-sided vortex shedding phenomenon

5. 1 Etfect of L/d, A/d and fe/fs on the flow patterns

5.2 Effect of A/d and fe/fs on the forces

References

攻读学位期间发表的学术论文

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