【摘要】：圓柱繞流作為鈍體繞流最經(jīng)典的問題之一,由于其簡單的截面形式,一直是計算流體動力學(xué)的基礎(chǔ)研究對象之一。另一方面,鈍體氣動優(yōu)化控制風(fēng)致振動具有廣泛的工程應(yīng)用價值。圓柱是橋梁工程、海洋工程等領(lǐng)域的一種常用截面,如高層建筑、大跨度橋梁的懸索、海洋立管、海底管道等。當(dāng)流體在鈍體周圍流動時,邊界層將會發(fā)生不穩(wěn)定從而導(dǎo)致交替脫落的卡門渦街,從而引起結(jié)構(gòu)表面橫風(fēng)向氣動力的周期性變化,當(dāng)這種氣動力頻率接近結(jié)構(gòu)固有頻率時,將會發(fā)生渦激振動并產(chǎn)生較大振幅。此外,流致振動的長期效應(yīng)可能導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命降低,甚至由于渦激共振的發(fā)生而造成損壞。因此,抑制鈍體振蕩尾流,消除渦激振動具有重要意義。本文通過對帶行波壁圓柱的三維數(shù)值模擬結(jié)果的分析,對圓柱后部行波壁運動對圓柱振蕩尾流的控制效果進行了研究。主要分析了行波壁控制方法對于圓柱繞流旋渦脫落的控制效果。另一方面通過模擬三維渦激振動可以到一組無控圓柱流致振動結(jié)果,然后引入行波壁運動,分析行波壁對渦激振動的控制效果。此外,文章還從三維流場、渦量流和擬渦能流等角度分析行波壁控制的機理。本文的具體研究內(nèi)容如下:使用大渦模型(LES)模擬了無控三維圓柱繞流流場,為保證數(shù)值結(jié)果的可靠性,必須在現(xiàn)有的可靠數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對本模型計算結(jié)果進行充分的論證,同時對三維圓柱繞流場尾流旋渦的脫落形式進行了探討,為下一步進行行波壁圓柱繞流控制計算和分析奠定了基礎(chǔ)。通過UDF對Fluent進行二次開發(fā),實現(xiàn)了三維行波壁運動,完成了對行波壁主要參數(shù)對抑制振蕩尾流的研究,主要參數(shù)包括行波波幅、行波個數(shù)和行波波速,并分析了不同參數(shù)組合對結(jié)構(gòu)表面氣動力的影響,從而得到一組最優(yōu)的行波運動參數(shù)組合。建立了單自由度圓柱繞流振動的數(shù)值模型,完成了無控圓柱與繞流場的流固耦合CFD數(shù)值模擬,并與前人實驗結(jié)果進行對比。同時使用固定行波壁圓柱繞流場下的最優(yōu)控制參數(shù)的組合繼續(xù)研究行波壁對于圓柱繞流渦激振動的控制效果。分析行波壁對不同來流風(fēng)速下結(jié)構(gòu)振動的影響以及圓柱表面氣動力和流場的變化。從三維行波壁圓柱繞流場出發(fā),對于行波壁主動控制的機理進行進一步的分析,完成了從三維流動特征、軸向渦、軸向流速、渦量流和擬渦能流等方面揭示了行波壁主動控制的機理。
【圖文】：

LeonardoDaVinci對鈍體繞流的記錄

圖 1-2 標準圓柱繞流渦量等值線圖在不斷地探索過程中，我們發(fā)現(xiàn)圓柱流動分離開始的地方出現(xiàn)了負壓，如圖 1-2 所示，，這就為流動控制提供了一種思路，渦旋脫落和分離區(qū)負壓有關(guān)[1,2]。隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與流場之間的相互作用是固體表面邊界層的變化來實現(xiàn)的。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，邊界層的分離是
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O357.5

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本文編號：2599736