变直径立式圆柱绕流的涡激振动特性研究

摘要

圆柱绕流既在工程上应用广泛，又有大量的理论与实验研究。由于绕流圆柱的尾流中存在漩涡脱落、卡门涡街等现象，所以圆柱本身将受到脉动升阻力。由脉动升力引起的振动称为涡激振动，在工程上涡激振动是应该尽力避免的。所以本文在超临界雷诺数条件下，通过使用大涡模拟方法，研究了波浪型圆柱绕流、折线型圆柱、旋转圆柱绕流等变截面立式圆柱的绕流问题企图找到最优的降低涡激振动的解决办法。
　　首先，研究了国内外圆柱绕流问题的研究现状、研究方法，介绍了圆柱绕流和数值模拟的基本理论。然后，基于已有研究方法，对波浪型圆柱、折线型圆柱、直圆柱进行了三维建模。然后将不同的模型导入到FLUENT中，对不同圆柱进行非稳态求解。最后，对升阻力系数进行傅里叶变换，得到时均阻力系数、均方根升力系数、斯特罗哈数等结果。以直圆柱为对照，对波浪型圆柱、折线型圆柱、旋转圆柱进行比较分析，分析时均阻力系数、均方根升力系数、斯特罗哈数、分离角等参数，得出了由马鞍面向节点平面流动的绕流机制，发现在节点位置形成旋转方向相反、在圆柱展现交替变化的涡，并在尾流中发展为三维漩涡。通过对三种形式圆柱均方根升力系数的对比，得到折线型圆柱减振效率大于波浪型圆柱，波浪型圆柱优于旋转圆柱的结论。
　　通过对波浪型圆柱、折线型圆柱、旋转圆柱进行对比研究，初步揭示了变截面圆柱绕流的绕流机理，为变截面圆柱绕流特性的研究提供了一定的借鉴和参考，对起到减振作用型面变化进行了一定的探索。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 圆柱绕流的国内外研究动态

1.3 主要研究内容

第2章 圆柱绕流与计算流体力学基本理论

2.1 圆柱绕流边界层理论

2.2 计算流体力学理论

2.3 本章小结

第3章 波浪型圆柱的数值模拟结果及对比分析

3.1 物理模型

3.2 数值验证

3.3 结果分析与比较

3.4 本章小结

第4章 折线型圆柱绕流及对比分析

4.1 物理模型

4.2 数值验证

4.3 折线型圆柱模拟结果分析比较

4.4 波浪型圆柱与折线型圆柱升阻力对比

4.5 本章小结

第5章 旋转圆柱绕流数值模拟及分析

5.1 计算模型及网格划分

5.2 数值验证

5.3 旋转圆柱绕流模拟结果及分析

5.4 折线型圆柱、波浪型圆柱、旋转圆柱升力抑制效率比较

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢