本文關(guān)鍵詞：低雷諾數(shù)下串列多圓柱流致振動的數(shù)值模擬及其機理研究

  更多相關(guān)文章： 低雷諾數(shù) 串列三圓柱 流致振動 浸入邊界法

【摘要】：海流和潮汐等潮流能為人類提供大量的清潔可再生能源。在過去的數(shù)十年中，許多研究者致力于潮流能利用裝置的研究開發(fā)。全球范圍內(nèi)，海流流速普遍較低（1.5m/s），傳統(tǒng)的利用葉片旋轉(zhuǎn)發(fā)電的潮流能利用裝置無法啟動。為了利用廣泛分布的低速海流，密歇根大學(xué)的M.M. Bernitsas和K. Raghavan研發(fā)了一種新型海流能利用裝置——Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy，，簡稱VIVACE。VIVACE裝置采用一種全新的方法來收集海流能，即：基于圓柱（群）在水流作用下所發(fā)生的流致振動來提取海流能，并通過增強圓柱（群）流致振動的振幅和速度以獲得更高的能量利用率。然而，目前對圓柱（群）流致振動的研究較少，尚未形成系統(tǒng)的理論體系，制約了VIVACE海流能利用技術(shù)的進一步發(fā)展。本文以VIVACE海流能利用為工程背景，針對串列三圓柱的流致振動開展研究，并結(jié)合已有的研究成果，對圓柱（群）流致振動的內(nèi)在機理給出更加合理、深入的解釋。 本文所使用的程序為流固耦合并行計算程序CgLes_IBM，該計算程序具有二階時間和空間精度，對流動的直接數(shù)值模擬和嵌入式迭代浸入邊界法進行了結(jié)合。 本文主要研究內(nèi)容為低雷諾數(shù)（Re=100）條件下，串列三圓柱流致振動的數(shù)值模擬及其機理的研究。三個圓柱均只能沿橫流向自由振動，且均為剛性材料，質(zhì)量比為m*=2。為使圓柱振動有更大振幅，將結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)設(shè)為0。三個圓柱為等間距布置，并考慮4個不同的順流向圓柱間距比L/D=2.0、3.0、4.0、5.0，折合流速的范圍取為U r=3~10。數(shù)值模擬的結(jié)果主要包括三個圓柱所受的升力、阻力以及橫流向振動位移。對數(shù)值模擬的結(jié)果進行分析得到了圓柱無量綱脫渦頻率、鎖定區(qū)間、升阻力系數(shù)和橫流向位移隨間距比和折合流速的變化特性。本文還給出了圓柱升力與橫流向位移間的相位差和三個圓柱橫流向位移間的相位差，并指出升力與橫流向位移間的相位差在折合流速為=8~10時會發(fā)生180°的跳躍，即相位開關(guān)。在串列三圓柱流致振動的尾流區(qū)發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜的尾流模態(tài)，并分析了尾流模態(tài)對圓柱受力及位移響應(yīng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P743

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 宮兆新;魯傳敬;黃華雄;;虛擬解法分析浸入邊界法的精度[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2010年10期

2 林勇剛;李偉;劉宏偉;馬舜;;水下風(fēng)車海流能發(fā)電技術(shù)[J];浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2008年07期

本文編號：1282232