發(fā)布時(shí)間：2020-03-28 20:04

【摘要】：圓柱-尾流隔板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在水流作用下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題是流固耦合作用難題之一。在低雷諾數(shù)條件下對(duì)相關(guān)的流固耦合作用問(wèn)題開(kāi)展研究工作,對(duì)于相應(yīng)的實(shí)際工程問(wèn)題具有指導(dǎo)和借鑒意義。本文將對(duì)圓柱-尾流隔板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)發(fā)生單自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、兩自由度旋轉(zhuǎn)與橫流向平動(dòng)運(yùn)動(dòng)的流固耦合問(wèn)題及串列雙圓柱-尾流隔板發(fā)生兩自由度旋轉(zhuǎn)與橫流向運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)干涉問(wèn)題開(kāi)展數(shù)值研究。本文的研究工作重點(diǎn)關(guān)注低雷諾數(shù)條件下圓柱-尾流隔板流固耦合作用的基礎(chǔ)理論問(wèn)題,采用二維直接數(shù)值模擬來(lái)開(kāi)展數(shù)值分析。本文在任意拉格朗日-歐拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)觀點(diǎn)下,建立了流固耦合的時(shí)域數(shù)值模型,采用高階迎風(fēng)有限元法求解Navier-Stokes方程,采用Newmark-β法求解結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程,并引入可靠的方法進(jìn)行網(wǎng)格更新。結(jié)合具體的流固耦合問(wèn)題對(duì)建立的數(shù)值模型進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)值驗(yàn)證后,開(kāi)展后續(xù)的數(shù)值研究。首先,本文利用建立的數(shù)值模型對(duì)圓柱-尾流隔板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在水流作用下發(fā)生單自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流固耦合問(wèn)題開(kāi)展數(shù)值研究�？疾煸诠潭ɡ字Z數(shù)和板長(zhǎng)條件下,質(zhì)量比和旋轉(zhuǎn)約化速度對(duì)圓柱-尾流隔板旋轉(zhuǎn)振動(dòng)特性和流場(chǎng)特性的影響作用,重點(diǎn)關(guān)注質(zhì)量比對(duì)旋轉(zhuǎn)動(dòng)力分叉行為(振動(dòng)的平衡位置偏離來(lái)流方向)的影響作用。數(shù)值分析結(jié)果表明,旋轉(zhuǎn)約化速度大于臨界值Urr_1后,旋轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)分叉現(xiàn)象,且該臨界旋轉(zhuǎn)約化速度值Urr_1隨著質(zhì)量比的增大以近似線性的趨勢(shì)增大;發(fā)生動(dòng)力分叉行為時(shí),結(jié)構(gòu)振動(dòng)的頻率成分中包含了主控頻率的偶數(shù)倍頻;流場(chǎng)特性分析結(jié)果表明,分叉行為的發(fā)生是由流場(chǎng)對(duì)稱性破損導(dǎo)致的;旋轉(zhuǎn)振動(dòng)幅值和主控頻率同時(shí)在旋轉(zhuǎn)約化速度Urr_2處發(fā)生跳躍式增大,該旋轉(zhuǎn)約化速度值Urr_2隨質(zhì)量比的增大逐漸增大。其次,本文進(jìn)一步對(duì)圓柱-尾流隔板發(fā)生旋轉(zhuǎn)和橫流向平動(dòng)運(yùn)動(dòng)的兩自由度流固耦合問(wèn)題開(kāi)展數(shù)值研究。計(jì)算并分析旋轉(zhuǎn)約化速度和橫流向約化速度對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性及流場(chǎng)特性的影響作用。數(shù)值分析結(jié)果表明,在特定橫流向約化速度下,即使在較高旋轉(zhuǎn)約化速度條件下圓柱-尾流隔板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)也未出現(xiàn)分叉現(xiàn)象,在其余橫流向約化速度下,在旋轉(zhuǎn)約化速度超過(guò)臨界值后,旋轉(zhuǎn)及橫流向振動(dòng)同時(shí)出現(xiàn)了分叉現(xiàn)象,且偏向于來(lái)流方向的同側(cè);橫流向及旋轉(zhuǎn)約化速度均對(duì)橫流向及旋轉(zhuǎn)振動(dòng)幅值產(chǎn)生重要影響,發(fā)生分叉行為后,幅值的明顯增大與尾渦脫落模式的改變有關(guān)。最后,本文對(duì)串列雙圓柱-尾流隔板結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的流動(dòng)干涉問(wèn)題開(kāi)展數(shù)值研究。其中,上游與下游圓柱-尾流隔板的結(jié)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)相同,同時(shí)具有旋轉(zhuǎn)和橫流向平動(dòng)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。重點(diǎn)研究約化速度和結(jié)構(gòu)間距比對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性及流場(chǎng)特性的影響作用。研究結(jié)果表明,在本文研究間距比8.0、10.0和12.0范圍內(nèi),上、下游圓柱-尾流隔板結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)及橫流向振動(dòng)的幅值、平衡位置、主控頻率受間距比的影響不明顯;上游結(jié)構(gòu)與單個(gè)結(jié)構(gòu)兩自由度振動(dòng)的幅值、平衡位置及主控頻率隨約化速度的變化情況基本相同,而下游結(jié)構(gòu)由于位于上游結(jié)構(gòu)的尾流區(qū),其兩自由度振動(dòng)特性隨約化速度的變化情況較為復(fù)雜;結(jié)構(gòu)間距比及約化速度均對(duì)尾渦脫落形態(tài)有一定影響作用。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O353.4;P756.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 孫旭;張家忠;黃科峰;;基于彈簧近似的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格自適應(yīng)處理方法[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2010年09期

2 盛磊祥;陳國(guó)明;;螺旋列板繞流流場(chǎng)CFD分析[J];中國(guó)造船;2010年01期

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本文編號(hào)：2604849