【摘要】：圓柱或矩形柱等鈍體結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是實(shí)際工程中常見的結(jié)構(gòu)形式,處于風(fēng)和水流中的鈍體繞流是涉及流動分離、再附和旋渦脫落等特性的經(jīng)典流體力學(xué)問題。鈍體繞流及旋渦脫落誘發(fā)的流體動力荷載和結(jié)構(gòu)振動,常見于許多實(shí)際工程中并成為導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或疲勞破壞的主要因素。因此,消除鈍體繞流的振蕩尾流,進(jìn)而抑制鈍體的渦致振動具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用前景。本文采用基于計(jì)算流體動力學(xué)(Computational Fluid Dynamic,CFD)的數(shù)值模擬方法,研究方柱和圓柱等典型鈍體的繞流尾流和渦致振動特性,進(jìn)而研究動波壁(Dynamic Wave Wall,DWW)流動控制方法對方柱和圓柱的尾流與渦致振動抑制效果,并揭示該流動控制方法的物理機(jī)理。本文主要開展了以下幾個(gè)方面的研究工作:(1)基于CFD通用商業(yè)軟件平臺Fluent,完成了不同長寬比截面矩形柱的繞流特性,得到氣動力和尾流渦脫模式隨長寬比的變化;并完成了方柱與風(fēng)場間的雙向流固耦合模擬,分析了不同質(zhì)量比和折合阻尼參數(shù)下方柱發(fā)生渦致振動的氣動力和振動響應(yīng)特性,揭示方柱振動響應(yīng)與尾流渦脫模式的相互關(guān)系。(2)以方柱為研究對象,通過CFD數(shù)值模擬方法在方柱表面生成運(yùn)動的行波,重點(diǎn)研究動波壁的波速、波幅和波數(shù)等關(guān)鍵控制參數(shù)對方柱氣動力和尾流渦脫模式的控制效果。通過與標(biāo)準(zhǔn)方柱繞流結(jié)果對比,得到對方柱尾流控制效果較好的動波壁控制參數(shù)。(3)采用動波壁方法對固定圓柱繞流的尾跡抑制效果進(jìn)行研究,重點(diǎn)研究動波壁的關(guān)鍵控制參數(shù)對尾流控制效果的影響,完成了從固定圓柱繞流到動波壁控制整個(gè)過程的模擬,從各階段氣動力和渦脫特性揭示該方法對圓柱繞流尾流的抑制效果。(4)研究動波壁方法對彈性支撐圓柱渦致振動響應(yīng)的抑制效果,分析無控圓柱的渦致振動特性和有控動波壁圓柱順風(fēng)向和橫風(fēng)向的振動響應(yīng)特性,完成從圓柱繞流到渦致振動、再到動波壁控制全過程的數(shù)值模擬,著重分析各階段圓柱的氣動力、振動響應(yīng)和尾流渦脫模式的演變規(guī)律。(5)以圓柱繞流尾流和渦致振動的動波壁流動控制結(jié)果為基礎(chǔ),通過圓柱柔性壁面上的邊界渦量流的演變規(guī)律、邊界渦量的變化規(guī)律、相對流場和3D動波壁圓柱尾流的展向空間相關(guān)性等揭示方法的控制機(jī)理。
【圖文】：

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文 柱體單位長度的質(zhì)量；F (t )為單位長度柱體所受到流體作用力)；0 是系統(tǒng)的圓頻率， 為系統(tǒng)的阻尼比， xi yj , x 、向的瞬時(shí)位移； 、 為柱體運(yùn)動速度和加速度。因此，通過求流體力 F (t )，利用結(jié)構(gòu)動力學(xué)時(shí)程分析方法可求解方程 (2-3)就域與邊界設(shè)置為 40D×20D 的矩形區(qū)域，不同截面矩形柱的順風(fēng)向（x 向）長（y 向）為 D，矩形柱的長寬比 L D 分別取 1:1，2:1，3:1，，的中心位于（0，0）位置處，柱體中心與左側(cè)邊界的距離為 10 30D，與上側(cè)和下側(cè)邊界的距離各為 10D，如圖 2-1 所示。

(a) 升阻力系數(shù)時(shí)程 圖 2-3 氣動力Fig. 2-3 Time histories of aerody圖 2-4 和圖 2-5 給出了一個(gè)旋渦脫落周圖。當(dāng) t 0時(shí)方柱的背風(fēng)面上側(cè)有分離旋渦力系數(shù)達(dá)到正的最大值，同時(shí)阻力系數(shù)也達(dá)方柱上脫落，在 t T/4時(shí)移至方柱軸線附近小值。 t T/2時(shí)的流動狀態(tài)與 t 0時(shí)剛好相后形成卡門渦街，從而使升力系數(shù)達(dá)到負(fù)的
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU31

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8 邵振州;劉永前;李莉;y嚲按

本文編號：2671652