不同迎流攻角下正三角柱流致振动数值模拟研究

摘要

采用嵌入式迭代浸入边界法对不同迎流攻角下正三角柱的流致振动(VIV)进行了二维数值模拟研究,其中迎流攻角为α=0°~60°(当α=60°时三角柱顶点迎流),雷诺数为Re=100,质量比为m*=5和折合流速为U r=2~20。详细分析了不同迎流攻角下横流向振幅、振动频率、水动力系数、升力与位移的相位差以及尾涡模式随折合流速变化的情况。结果发现,三角柱振动随迎流攻角表现为3种不同的振动模式:涡振-驰振联合模式(α=0°~15°)、涡振-驰振分离模式(α=20.0°~22.5°)和涡振模式(α=25°~60°)。选取α=0°、α=20°、α=60°3个迎流攻角详细论述了不同模式下三角柱的振动特性。此外,还发现虽然三角柱在迎流攻角α=0°时关于来流方向对称,三角柱的平衡位置在某些折合流速下出现了偏移,该现象与升力中偶次谐波分量的出现有关。最后,应用准稳态分析得到了驰振出现的攻角范围,结果与数值模拟的情况吻合较好,说明准稳态分析可以准确预测三角柱驰振的攻角范围。