采用基于迭代嵌入式浸入邊界法對(duì)后方對(duì)稱布置兩個(gè)小直徑圓柱的單圓柱渦激振動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,對(duì)渦激振動(dòng)抑制進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。雷諾數(shù)和圓柱直徑比分別為Re=100和d/D=0.125,其中D和d分別為大、小圓柱直徑。通過(guò)改變控制角度（θ）、主圓柱與小圓柱的間隙比（G/D）、小圓柱旋轉(zhuǎn)角速度和旋轉(zhuǎn)方向（α）和阻尼比（ζ）確定的最優(yōu)控制參數(shù)組合為θ=25°、G/D=0.125、α=-2.2和ζ=1.02。小圓柱的旋轉(zhuǎn)角速度和旋轉(zhuǎn)方向?qū)A柱振幅有一定的影響,其中內(nèi)向反轉(zhuǎn)會(huì)進(jìn)一步抑制圓柱的振動(dòng),外向反轉(zhuǎn)則恰好相反。隨著阻尼比的增加,圓柱振幅先增后減,但影響程度較小。 

【文章來(lái)源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

計(jì)算域和邊界條件設(shè)置

圖3 主圓柱振幅隨間隙比(G/D)變化的情況本文進(jìn)一步研究了不同阻尼比對(duì)主圓柱渦激振動(dòng)的抑制情況。模擬參數(shù)如下:阻尼比ζ=00.5,控制角θ=25°,間隙比G/D=0.125,折合流速Ur=6.0和無(wú)量綱轉(zhuǎn)速α=0。如圖5所示,隨著阻尼比的增加,主圓柱的振幅呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì),最大振幅僅為A*m=0.09,出現(xiàn)在阻尼比ζ=0.1的工況下。通常阻尼比的增加會(huì)對(duì)渦激振動(dòng)起到抑制作用,更大的阻尼比意味著更多的能量消耗,導(dǎo)致振幅減小。然而,阻尼比的增加也可以通過(guò)振動(dòng)的變化影響流場(chǎng),導(dǎo)致圓柱所受水動(dòng)力增大,這或許是阻尼比由ζ=0增大到ζ=0.1時(shí)圓柱渦激振動(dòng)幅值小幅增加的原因。不過(guò),總體上圓柱振幅還是隨著阻尼比的增加而減小的,并且其影響的程度遠(yuǎn)低于其他因素的影響。根據(jù)圖5給出了主圓柱振幅隨阻尼比變化的擬合公式可以得到,當(dāng)阻尼比為ζ=1.02時(shí),主圓柱的振幅會(huì)變?yōu)榱恪?

綜合以上分析可以得到,在本文研究的參數(shù)范圍內(nèi),以能實(shí)現(xiàn)最大程度的抑制主圓柱振動(dòng)為目標(biāo),建議的最優(yōu)參數(shù)組合為控制角θ=25°,間隙比G/D=0.125,無(wú)量綱轉(zhuǎn)速α=-2.2和阻尼比ζ=1.02。當(dāng)從節(jié)省額外機(jī)械設(shè)備和能量輸入角度考慮,建議的最優(yōu)參數(shù)組合為控制角θ=25°,間隙比G/D=0.125,無(wú)量綱轉(zhuǎn)速α=0和阻尼比ζ=0。為檢驗(yàn)所確定的最優(yōu)控制參數(shù)組合在整個(gè)鎖定區(qū)間內(nèi)對(duì)渦激振動(dòng)的抑制效果,對(duì)不同折合流速工況進(jìn)行了數(shù)值模擬,其中雷諾數(shù)為Re=100,阻尼比為ζ=0,質(zhì)量比為m*=2.0,直徑比為d/D=0.125,控制角為θ=25°,間隙比為G/D=0.125,無(wú)量綱轉(zhuǎn)速為α=0。如圖6所示,在渦激振動(dòng)范圍內(nèi)(Ur=3～10),主圓柱的振幅最大值要小于A*m=0.1,遠(yuǎn)小于孤立圓柱的最大振幅A*m=0.54,因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)圓柱渦激振動(dòng)的全流速抑制。圖7對(duì)比了最優(yōu)控制參數(shù)組合下有無(wú)控制圓柱的渦激振動(dòng)脫渦頻率。在控制圓柱的影響下,主圓柱的脫渦頻率維持在St=0.16附近,與固定圓柱繞流的脫渦頻率接近。此外,當(dāng)Ur=5～8時(shí),孤立圓柱的脫渦頻率鎖定在系統(tǒng)的固有頻率上,導(dǎo)致共振發(fā)生。增加控制圓柱后,脫渦頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)的固有頻率,共振不再發(fā)生。


本文編號(hào)：3012106