發(fā)布時間：2021-04-01 20:39

　　在來流作用下,相較于圓柱,方形柱體會發(fā)生更為明顯的振動響應,其具備良好的海洋能量收集特性。針對方柱流致振動能量收集系統(tǒng)展開數值模擬研究,結合SST k-ω湍流模型求解URANS方程來獲得流場信息,并通過Newmark-β方法求解固體振動方程。計算方法與實驗數據及其他仿真模擬結果進行了對比,取得了良好的一致性。文章所選取的雷諾數范圍為24 000～160 000,相應折合速度為3<U_r<20。結果表明,雷諾數對方柱的頻率響應、振幅響應、脫渦模式以及能量獲取效率均有不可忽視的影響。當雷諾數為88 000時整個系統(tǒng)能量收集效率最高,為7.156%;在雷諾數大于120 000后,方柱由渦激振動轉向馳振,其振動響應及能量收集特性發(fā)生大幅變化,在雷諾數超過144 000后方柱進入完全馳振狀態(tài)。 

【文章來源】：西北工業(yè)大學學報. 2020,38(05)北大核心EICSCD

【文章頁數】：9 頁

【部分圖文】：

方柱流致振動能量收集系統(tǒng)簡化模型

圖2和圖3分別是數值模擬的計算域以及相應的網格示意圖。計算域長45D,寬30D,方柱的中心距入口邊界和上下邊界均為15D。入口條件設為均勻流速度入口,出口邊界為完全出流條件,上下邊界采用滑移壁面。為了提高模擬的準確性以及計算效率,計算域被劃分為5個部分并獨立生成網格,其中運動域(1)中的網格經過了進一步加密,并根據所選湍流模型(SST k-ω)而使用函數(y+≈1)來確定方柱邊界層的第一層網格高度。當流致振動發(fā)生時,運動域(1)會以鋪層方式跟隨方柱一起振蕩以保證其中的網格不會更新及變化。這種分塊動網格的方法可以有效避免網格的拉伸與畸變,相比重疊網格減少了信息交換量,保證計算精度的同時一定程度降低計算機消耗。圖3 計算域網格劃分

計算域網格劃分

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同湍流模型下圓柱渦激振動的計算比較[J]. 林琳,王言英.  船舶力學. 2013(10)
[2]高雷諾數條件下二維方柱渦激振動的數值模擬[J]. 方平治,顧明.  同濟大學學報(自然科學版). 2008(02)
[3]方柱非定常繞流與渦激振動的數值模擬[J]. 徐楓,歐進萍.  東南大學學報(自然科學版). 2005(S1)



本文編號：3113934