两类串列圆柱涡激振动的质量比效应

摘要

为进一步澄清两类串列双圆柱(上、下游圆柱均可做顺流向和横流向的两自由度振动,上游圆柱静止、仅下游圆柱可作两自由度振动)尾流致涡激振动的质量比效应,在雷诺数Re=100、中等间距(间距比P/D=4,P为两个圆柱的柱心间距,D为圆柱直径)、3种质量比(m^(*)=2,10,20)条件下,开展了串列双圆柱涡激振动的数值模拟研究,重点研究了两类串列双圆柱涡激振动的质量比效应及流场结构的差异,探讨了串列双圆柱发生涡激振动的流场驱动机制。结果表明:随着质量比的增大,两类串列双圆柱下游圆柱的横流向最大振幅均有减小的趋势;在相同的质量比下,相较于静止的上游圆柱,运动的上游圆柱能激发下游圆柱发生更大的横流向振动;3种质量比下,上游圆柱振动时的上、下游圆柱均存在明显的振动锁定区间,且低质量比时会发生振动频率与自振频率比小于1的“弱锁定”现象,但上游圆柱静止时的下游圆柱不存在明显的振动锁定区;3种质量比的两类串列双圆柱均会出现“2S”涡街、不规则涡街和平行涡街3种尾流模态,并存在旋涡撞击和旋涡融合两种流固耦合机制。