在來(lái)流作用下,相較于圓柱,方形柱體會(huì)發(fā)生更為明顯的振動(dòng)響應(yīng),其具備良好的海洋能量收集特性。針對(duì)方柱流致振動(dòng)能量收集系統(tǒng)展開(kāi)數(shù)值模擬研究,結(jié)合SST k-ω湍流模型求解URANS方程來(lái)獲得流場(chǎng)信息,并通過(guò)Newmark-β方法求解固體振動(dòng)方程。計(jì)算方法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其他仿真模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,取得了良好的一致性。文章所選取的雷諾數(shù)范圍為24 000～160 000,相應(yīng)折合速度為3<U_r<20。結(jié)果表明,雷諾數(shù)對(duì)方柱的頻率響應(yīng)、振幅響應(yīng)、脫渦模式以及能量獲取效率均有不可忽視的影響。當(dāng)雷諾數(shù)為88 000時(shí)整個(gè)系統(tǒng)能量收集效率最高,為7.156%;在雷諾數(shù)大于120 000后,方柱由渦激振動(dòng)轉(zhuǎn)向馳振,其振動(dòng)響應(yīng)及能量收集特性發(fā)生大幅變化,在雷諾數(shù)超過(guò)144 000后方柱進(jìn)入完全馳振狀態(tài)。 

【文章來(lái)源】：西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,38(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

方柱流致振動(dòng)能量收集系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型

圖2和圖3分別是數(shù)值模擬的計(jì)算域以及相應(yīng)的網(wǎng)格示意圖。計(jì)算域長(zhǎng)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(shè)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(zhǔn)確性以及計(jì)算效率,計(jì)算域被劃分為5個(gè)部分并獨(dú)立生成網(wǎng)格,其中運(yùn)動(dòng)域(1)中的網(wǎng)格經(jīng)過(guò)了進(jìn)一步加密,并根據(jù)所選湍流模型(SST k-ω)而使用函數(shù)(y+≈1)來(lái)確定方柱邊界層的第一層網(wǎng)格高度。當(dāng)流致振動(dòng)發(fā)生時(shí),運(yùn)動(dòng)域(1)會(huì)以鋪層方式跟隨方柱一起振蕩以保證其中的網(wǎng)格不會(huì)更新及變化。這種分塊動(dòng)網(wǎng)格的方法可以有效避免網(wǎng)格的拉伸與畸變,相比重疊網(wǎng)格減少了信息交換量,保證計(jì)算精度的同時(shí)一定程度降低計(jì)算機(jī)消耗。圖3 計(jì)算域網(wǎng)格劃分

計(jì)算域網(wǎng)格劃分

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]不同湍流模型下圓柱渦激振動(dòng)的計(jì)算比較[J]. 林琳,王言英.  船舶力學(xué). 2013(10)
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本文編號(hào)：3113934