振荡流中串列双圆柱涡激振动数值模拟

摘要

圆柱体的涡激振动问题广泛存在于机械工程、海洋工程等诸多领域，然而目前大多数研究都是针对圆柱处于恒定来流情况，与真实的流场环境（如波浪等）存在较大的差异。开展振荡流环境下的圆柱涡激振动，深入了解圆柱之间的相互作用，准确预报圆柱响应特性，具有重要的学术价值和工程效益。
　　本文对振荡来流下单圆柱以及串列双圆柱涡激振动进行数值模拟研究，追踪了国内外有关振荡来流中圆柱涡激振动的研究动向，对一系列热点问题展开了全面、深入的研究。内容包括振荡来流下单圆柱涡激振动、串列双圆柱绕流现象以及串列双圆柱的涡激振动。主要研究内容以及结论如下：
　　（1）针对振荡流下单圆柱绕流问题进行数值验证，并与国内外研究结果进行比对，数值模拟结果吻合良好。
　　（2）对KC5、KC10和KC20三个工况下折合流速1Vr11之间的单圆柱涡激振动进行数值模拟，通过振动响应以及尾涡模式，分析振荡流下单圆柱涡激振动的内在机理。
　　（3）对间距比G1.5、G2、G3和G4，1KC20条件下的串列双圆柱绕流进行数值模拟，总结振荡流中串列双圆柱尾流模式在GKC参数空间内的分区图。研究发现在小间距比的工况中（ G1.5、G2），串列双圆柱相当于一个整体的单阻流体，发生类似于单圆柱的脱涡过程。随着间距比的增大（G3、G4），两圆柱之间的相互作用变得愈发明显，在串列圆柱的间隙中形成横流向涡街。
　　（4）选取圆柱间距比G2，对串列双圆柱进行振荡流下涡激振动的数值模拟。每组工况中观察同一KC数下随着折合流速的增大圆柱的升阻力、振幅和频率的变化。总结了振荡流中串列双圆柱涡激振动的尾流模式。
　　本文的创新性成果为深刻认识振荡流中串列双圆柱涡激振动现象和机理提供了有学术价值的参考。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文主要工作

第二章 数值模拟方法

2.1 浸入边界法

2.2 浸入边界法的分类

第三章 振荡流中单圆柱绕流数值模拟

3.1 引言

3.2 计算域及边界条件的设置

3.3 数值模拟方法的选择

3.4 数值模拟结果验证

第四章 振荡流中单圆柱涡激振动数值模拟

4.1 引言

4.2 振荡流中单圆柱涡激振动

4.3 本章小结

第五章 振荡流中串列双圆柱绕流数值模拟

5.1 引言

5.2 振荡流中串列双圆柱绕流现象

5.3 本章小结

第六章 振荡流中串列双圆柱涡激振动数值模拟

6.1 引言

6.2 振荡流中串列双圆柱涡激振动响应

6.3 串列双圆柱尾涡模式

6.4 结论

第七章 总结与展望

7.1 研究总结

7.2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢