研究了流彈失穩(wěn)流體力模型.選取阻尼機理控制下的流彈穩(wěn)定性問題為研究對象,在多種入口流速下對正三角形排列管束結(jié)構(gòu)中單管可動情況的流致振動過程進(jìn)行了模擬.用管子速度和位移的多項式函數(shù)作為流體力模型,結(jié)合流體力和管子位移數(shù)值模擬結(jié)果,計算了流體力系數(shù).對不同流速工況下的流體力系數(shù)與流速之間的關(guān)系進(jìn)行擬合,將流速的影響引入到流體力模型中.最終得到了與管子速度、位移以及入口流速相關(guān)的流體力模型.用建立起的流體力模型對管束結(jié)構(gòu)流彈失穩(wěn)臨界流速進(jìn)行了預(yù)測,結(jié)果較好.這種以管束結(jié)構(gòu)流致振動數(shù)值仿真為基礎(chǔ),結(jié)合給定的函數(shù)形式建立起的流體力模型,能反映管束結(jié)構(gòu)和流體相互作用過程中的主要特征,該模型對流彈失穩(wěn)臨界流速有一定的預(yù)測能力. 

【文章來源】：應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2020,41(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

流場幾何結(jié)構(gòu)

在計算核心部分管子周圍采用四邊形邊界層網(wǎng)格,確保第一層網(wǎng)格y+<1,邊界層網(wǎng)格厚度為1 mm.管子間隙內(nèi)流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜,因此采用三角形網(wǎng)格對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分,使用三角形網(wǎng)格也有利于后續(xù)流致振動模擬中動網(wǎng)格功能的實現(xiàn).三角形網(wǎng)格的尺寸和管子表面附近邊界層網(wǎng)格長度近似(圖2).對于管束結(jié)構(gòu)的流致振動問題,一般可將管子受到的流體力分為與管子運動有關(guān)的流體彈性力和與管子運動無關(guān)的湍流隨機激勵[8,15].對于結(jié)構(gòu)運動幅度較大的情況,湍流隨機激勵的效應(yīng)可以忽略[8].因此,本文用Reynolds平均法求解流場,不對湍流隨機脈動進(jìn)行詳細(xì)模擬.Reynolds平均法對流體動量方程(N-S方程)進(jìn)行時均處理,只關(guān)注平均流動,拋棄湍流的瞬時特征.管束結(jié)構(gòu)內(nèi)部流場本質(zhì)上屬于圓柱繞流問題,流場內(nèi)存在逆壓梯度、邊界層分離、回流、再附著等現(xiàn)象.在湍流模型的選取方面,本文采用Realizable k-ε模型,期望能夠?qū)σ陨线@些流動現(xiàn)象進(jìn)行更好地模擬.流場入口為均勻速度入口邊界(velocity inlet),管束下游出口為流量出口邊界(outflow).

對于管束結(jié)構(gòu)的流致振動問題,一般可將管子受到的流體力分為與管子運動有關(guān)的流體彈性力和與管子運動無關(guān)的湍流隨機激勵[8,15].對于結(jié)構(gòu)運動幅度較大的情況,湍流隨機激勵的效應(yīng)可以忽略[8].因此,本文用Reynolds平均法求解流場,不對湍流隨機脈動進(jìn)行詳細(xì)模擬.Reynolds平均法對流體動量方程(N-S方程)進(jìn)行時均處理,只關(guān)注平均流動,拋棄湍流的瞬時特征.管束結(jié)構(gòu)內(nèi)部流場本質(zhì)上屬于圓柱繞流問題,流場內(nèi)存在逆壓梯度、邊界層分離、回流、再附著等現(xiàn)象.在湍流模型的選取方面,本文采用Realizable k-ε模型,期望能夠?qū)σ陨线@些流動現(xiàn)象進(jìn)行更好地模擬.流場入口為均勻速度入口邊界(velocity inlet),管束下游出口為流量出口邊界(outflow).圖4 網(wǎng)格無關(guān)性驗證結(jié)果


本文編號：3547468