雷诺数对于方柱流致振动能量收集系统的影响

摘要

在来流作用下,相较于圆柱,方形柱体会发生更为明显的振动响应,其具备良好的海洋能量收集特性.针对方柱流致振动能量收集系统展开数值模拟研究,结合SST k-ω湍流模型求解URANS方程来获得流场信息,并通过Newmark-β方法求解固体振动方程.计算方法与实验数据及其他仿真模拟结果进行了对比,取得了良好的一致性.文章所选取的雷诺数范围为24000～160000,相应折合速度为3＜Ur＜20.结果 表明,雷诺数对方柱的频率响应、振幅响应、脱涡模式以及能量获取效率均有不可忽视的影响.当雷诺数为88 000时整个系统能量收集效率最高,为7.156％;在雷诺数大于120 000后,方柱由涡激振动转向驰振,其振动响应及能量收集特性发生大幅变化,在雷诺数超过144 000后方柱进入完全驰振状态.