双圆柱体绕流及涡激振动的离散涡模拟研究

摘要

本文主要采用计算流体力学中离散涡的数值计算方法，从圆柱的升阻力系数、斯特劳哈尔数以及尾流的涡元结构几个方面，计算并验证了二维单圆柱绕流与涡激振动问题，在此基础上进行拓展，计算了二维双圆柱绕流以及涡激振动问题，考察了两圆柱排列方式、间距比以及直径比对圆柱绕流的影响。研究表明，不同的排列方式对圆柱绕流的影响不同，在来流方向与两个圆柱中线连线夹角较小时两圆柱阻力系数差别较大，夹角较大时两圆柱升力系数差别较大，同时夹角较小时，两圆柱尾流旋涡存在相同的脱落频率；不同直径比下两圆柱绕流具有类似的特征，具有不同的临界距离，并且发现临界距离随着直径比的增大而增大；对于串列圆柱双自由度运动，上游圆柱圆心的运动轨迹成“8”字形，而下游圆柱圆心运动较混乱。并列圆柱双自由度运动时，上下游圆柱圆心的运动均成“8”字形，两种方式下受力系数较静止绕流时的受力系数大。
　　鉴于工程实际中常遇到的问题为三维问题，并且更多的是研究横流方向的振动情况，因此本文结合切片法的思想，将二维离散涡的方法应用到三维问题中去，模拟了不同来流速度下隔水管的响应，其结果与试验结果比较一致。表明，离散涡方法可以快速有效地计算三维隔水管涡激振动问题，为工程应用提供一种数值研究方法。

目录

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究现状综述

1.3本文主要工作

第二章圆柱绕流与涡激振动理论

2 .1引言

2 .2圆柱绕流概述

2 .3涡激振动概述

2 .4本章小结

第三章离散涡方法及其应用论证

3.1 引言

3 .2离散涡方法原理

3 .3离散涡方法的数值推导

3 .4单圆柱绕流问题

3 .5单圆柱涡激振动问题

3 .6本章小结

第四章二维双圆柱绕流及涡激振动模拟

4 .1引言

4 .2等直径双圆柱绕流数值计算

4.3不等直径双圆柱绕流数值模拟

4.4等直径双圆柱涡激振动模拟

4.5本章小结

第五章三维立管涡激振动的离散涡模拟

5.1概述

5.2立管受力分析

5.3立管静力学分析

5.4立管动力响应求解

5.5计算结果分析与讨论

5 .6本章小结

第六章结论及展望

6.1本文的主要结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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