基于CFD方法,對(duì)質(zhì)量比為7的單圓柱和并列雙圓柱的渦激振動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬研究,對(duì)單圓柱渦激振動(dòng)的研究表明:其鎖定區(qū)為4.8<U_R<7.6,在鎖定區(qū)內(nèi)旋渦發(fā)放頻率被結(jié)構(gòu)的固有頻率鎖定,位移與升力的相位差為零,圓柱的無(wú)量綱振幅急劇增大。在鎖定區(qū)邊緣,由于渦脫頻率不能完全被結(jié)構(gòu)的固有頻率鎖定,出現(xiàn)"拍振"現(xiàn)象。對(duì)并列雙圓柱渦激振動(dòng)的研究表明:流場(chǎng)充分發(fā)展達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間隨間距比的增大而增加,在3.0≤T^*≤4.0時(shí),兩圓柱的振動(dòng)反相同步,在4.0<T^*≤5.0時(shí),兩圓柱的振動(dòng)不同步,T^*≈4為兩圓柱振動(dòng)是否同步的臨界間距比。 

【文章來(lái)源】：艦船科學(xué)技術(shù). 2020,42(13)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

計(jì)算模型Fig.1Calculationalmodel

突浦?勇等的數(shù)值計(jì)算結(jié)果均沒有表現(xiàn)出上端分支（upperbranch），這與Jauvtis和Williamson的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在一定的差異。造成這種結(jié)果的重要原因是：當(dāng)振動(dòng)處于上端分支時(shí)，振幅響應(yīng)較大，軸向相關(guān)性大大降低，而數(shù)值模擬方法采用二維圓柱模型，計(jì)算在平面內(nèi)進(jìn)行，假定在軸向上變化具有一致性，影響了上端分支的形成。然而，除上端分支之外，本文得到的振幅與黃志勇等的數(shù)值模擬結(jié)果以及Jauvtis和Williamson的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，是比較接近的。說(shuō)明本文的數(shù)值模擬方法對(duì)彈性支撐圓柱模型可靠有效。圖2本文振幅響應(yīng)與已在成果的比較Fig.2Comparisonoftheamplitudeofpresentstudyandpreviousresults在非鎖定區(qū)時(shí)，圓柱的振幅很小，進(jìn)入鎖定區(qū)后，振幅顯著增大。在鎖定區(qū)內(nèi)，無(wú)量綱振幅Ay*保持0.40以上的較大值，當(dāng)UR=5時(shí)，圓柱有最大響應(yīng)振幅0.534。如圖3所示，當(dāng)振動(dòng)處于非鎖定區(qū)時(shí)，頻率比與約化速度呈線性關(guān)系，滿足關(guān)系式fv/fn=St·UR=0.161UR，其中與旋渦脫落相關(guān)的St被認(rèn)為主要由雷諾數(shù)和表面粗糙度決定[19–20]，不隨約化速度發(fā)生很大改變，是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值。當(dāng)振動(dòng)處于鎖定區(qū)時(shí)，頻率比基本不隨約化速度發(fā)生改變，滿足關(guān)系式fv/fn=1。這是因?yàn)楫?dāng)原有的渦脫頻率接近圓柱的固有頻率時(shí)，渦脫頻率會(huì)被固有頻率鎖定。通過(guò)分析渦脫頻率是否被固有頻率鎖定，可以判斷出渦激振動(dòng)的鎖定區(qū)約為4.8<UR<7.6。當(dāng)UR<6.6時(shí)，位移與升力系數(shù)時(shí)程曲線同相，升力對(duì)振動(dòng)起促進(jìn)作用。尤其是在4.8<UR≤6.6的鎖定區(qū)內(nèi)，渦脫頻率被圓柱固有頻率鎖定，升力對(duì)位移的促進(jìn)作用顯著，造成振幅具有較大增長(zhǎng)（見圖4）。在6.

R≤6.6的鎖定區(qū)內(nèi)，渦脫頻率被圓柱固有頻率鎖定，升力對(duì)位移的促進(jìn)作用顯著，造成振幅具有較大增長(zhǎng)（見圖4）。在6.6<UR≤7.6時(shí)，位移與升力的相位關(guān)系由同相逐漸過(guò)渡到反相。當(dāng)UR>7.6時(shí)，升力與位移反向，對(duì)振動(dòng)起抑制作用，振動(dòng)離開鎖定區(qū)，振幅急劇降低。圖3相位差和頻率比隨約化速度的變化（主y軸上，Δφ表示位移與升力的相位差。副y軸上，fv/fn表示渦脫頻率與圓柱固有頻率之比）Fig.3Phasedifferenceandfrequencyratioasfunctionsofthereducedvelocity圖4阻力和升力系數(shù)隨約化速度的變化Fig.4DragcoefficientandliftcoefficientwithdifferentreducedvelocityCD,AMCL,AMCD當(dāng)振動(dòng)處于非鎖定區(qū)時(shí)，阻力和升力系數(shù)較小，與固定圓柱繞流的結(jié)果比較接近見（表1）。在鎖定區(qū)下界，升力、阻力系數(shù)發(fā)生突變，在UR=4.8時(shí)達(dá)到最大阻力系數(shù)幅值=0.85，最大升力系數(shù)幅值=1.8，UR=5.0時(shí)達(dá)到最大升力系數(shù)均值=2.39，遠(yuǎn)大于非鎖定區(qū)的阻力和升力系數(shù)，反映出振動(dòng)處于鎖定區(qū)時(shí)流體和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈相互作用。在鎖定區(qū)內(nèi)，阻力幅值和均值都隨約化速度UR上升而逐漸減校當(dāng)4.8<UR<6.6時(shí)，升力系數(shù)隨約化速度的增長(zhǎng)而減小，由于渦脫頻率被圓柱固有頻率鎖定，振幅仍能保持較大值，但是升力系數(shù)對(duì)振動(dòng)的促進(jìn)作用越來(lái)越弱，振幅逐漸減校當(dāng)6.6<UR<7.6時(shí)，升力系數(shù)幅值接近于0，隨約化速度增長(zhǎng)有小幅回升。如圖5所示，在鎖定區(qū)上邊界附近UR=7.8時(shí)，升力系數(shù)和位移的時(shí)程曲線不再是振幅穩(wěn)定的正弦線，其振幅會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為“拍振”。對(duì)位移曲線做FFT，頻譜圖上存在2個(gè)靠近的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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