被动控制圆柱涡振-驰振过渡区振动特性及激励机理

摘要

为了研究处于涡致振动(VIV)上部分支-驰振过渡区域的被动湍流控制单圆柱的流致振动特性,采用有限体积法,选取Spalart-Allmaaras湍流模型,通过求解二维非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程进行数值计算.仅考虑柱体在模流方向上的振动,分析了柱体的振幅、频率、升力和尾涡形态,并揭示了驰振的激励机制.本文数值计算结果与实验数据吻合良好.结果 表明,柱体处于VIV上部分支-驰振过渡区域时,随着折减速度增加,柱体的振幅持续上升,振动频率则缓慢下降,逐步过渡到高振幅、低频率的驰振阶段.柱体发生驰振后,最大振幅比达到了3.88D.随着柱体从VIV上部分支向驰振过渡,柱体的升力始终与位移保持同相(相位差为0°),升力始终能促进柱体振动.同时,由于被动控制圆柱表面的粗糙带改变了圆柱壁面附近的流场特性,造成圆柱上下侧的分离剪切层被拉伸到接近垂直于来流方向的位置,在圆柱上下两侧形成较大的压差,形成新的激励机制进而引发驰振.