針對通過改變斜拉索表面形狀來減小斜拉索由風(fēng)載荷引起的振動問題進(jìn)行研究,運用大渦模擬方法,對兩種典型的波浪型斜拉索λ/D=2和λ/D=6的靜止繞流特性進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明:在Re=10000時,波浪型斜拉索λ/D=2和λ/D=6均有一定的減阻減振特性,其中斜拉索λ/D=2的減阻減振效果更好,減阻和減振分別能達(dá)到30%和90%,這主要是由于波浪型斜拉索沿展向的截面變化,導(dǎo)致流動分離點不同,改變了表面背壓分布;斜拉索λ/D=2更好地延緩了剪切層的分離,重新生成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),從而較好地抑制了渦脫的形成,具有一定的減阻減振效果。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報. 2019,36(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【圖文】：

波浪型斜拉索模型Fig.1Wavystaycablemodel2018-01-132018-05-22

枋觥?m=2(2π/)zDDaz，mminmaxD=(DD)/2其中：Dz為波浪型斜拉索隨余弦變化的直徑；z軸為拉索軸線的方向；如圖1所示，不同截面分別有不同的截面尺寸Dmax、Dm、Dmin，這種波形變化的函數(shù)為余弦函數(shù)，波幅值表示為a；λ為一個周期的波長；本文提到的量綱為一的參數(shù)，都是通過波浪型斜拉索的中徑mD來歸一化。本文對波浪型斜拉索進(jìn)行建模，采用相關(guān)的網(wǎng)格劃分軟件GAMBIT進(jìn)行。在z軸方向上一個周期長度是2D(λ/D=6時，其長度值為6D)，如圖2所示，整個模型為24D×36D×2D。模型位于距流體介質(zhì)入口方向12D處，總的流動區(qū)域長度為24D，左右兩邊的區(qū)域為對稱的邊界條件，分別距離12D。這樣設(shè)置的目的是保證流動特性不受流體模型的尺寸限制。圖2計算模型區(qū)域Fig.2Computationalmodelarea由于網(wǎng)格數(shù)量的多少和網(wǎng)格質(zhì)量會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，在采用GAMBIT網(wǎng)格劃分過程中，必須檢查網(wǎng)格質(zhì)量程度，不能出現(xiàn)尺寸太小或太大的網(wǎng)格單元。為了提高網(wǎng)格質(zhì)量，本文采用O型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分。大渦模擬對數(shù)值計算的要求比較高，尤其是邊界層的設(shè)置，網(wǎng)格計算量的求解。因此，在劃分的過程中，波浪型斜拉索表面附近的單元需要加密處理，在逐漸遠(yuǎn)離其表面的區(qū)域，網(wǎng)格成比例的稀疏設(shè)置，這樣能保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，還能節(jié)省計算時間。圖3采用O型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Fig.3AdoptO-structuredgrid如圖3所示，網(wǎng)格劃分為8塊結(jié)構(gòu)，斜拉索表面的第一層結(jié)構(gòu)單元，邊界層厚度設(shè)置為1×10-3D[5]，它能充分保證y≤1。斜拉索模型一周的網(wǎng)格點數(shù)量達(dá)到160個，整體網(wǎng)格數(shù)量為1×106左右。?

larea由于網(wǎng)格數(shù)量的多少和網(wǎng)格質(zhì)量會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，在采用GAMBIT網(wǎng)格劃分過程中，必須檢查網(wǎng)格質(zhì)量程度，不能出現(xiàn)尺寸太小或太大的網(wǎng)格單元。為了提高網(wǎng)格質(zhì)量，本文采用O型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分。大渦模擬對數(shù)值計算的要求比較高，尤其是邊界層的設(shè)置，網(wǎng)格計算量的求解。因此，在劃分的過程中，波浪型斜拉索表面附近的單元需要加密處理，在逐漸遠(yuǎn)離其表面的區(qū)域，網(wǎng)格成比例的稀疏設(shè)置，這樣能保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，還能節(jié)省計算時間。圖3采用O型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Fig.3AdoptO-structuredgrid如圖3所示，網(wǎng)格劃分為8塊結(jié)構(gòu)，斜拉索表面的第一層結(jié)構(gòu)單元，邊界層厚度設(shè)置為1×10-3D[5]，它能充分保證y≤1。斜拉索模型一周的網(wǎng)格點數(shù)量達(dá)到160個，整體網(wǎng)格數(shù)量為1×106左右。二階中心差分方法和二階的計算精度能夠滿足大渦模擬的求解要求，它能使模型快速收斂。由于壓力量的產(chǎn)生，本次模型采用隱式求解，動量和連續(xù)性方程產(chǎn)生的壓力-速度耦合問題通過PISO算法處理。斜拉索模型的邊界條件采用壓力入口，速度出口，上下為周期性邊界條件。3大渦模擬控制方程和SGS模型將低通空間濾波器應(yīng)用于Navier-Stokes方程，并假設(shè)濾波和差分運算，可以通過下面的方程計算。0iiux(1)21iijijijijjjuuuPutxxxxx(2)式中：下標(biāo)i、j分別為笛卡爾坐標(biāo)系的方向；P為濾波后的壓力。不可壓縮方程為ijijijuuuu(3)圓柱體模型周圍的計算區(qū)域邊界層細(xì)節(jié)對大渦模擬計算十分重要，無論是在層流還是湍流，計算對于近壁區(qū)域的建模是很敏感的，圓柱表面的分離點位置會直接決定結(jié)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]亞臨界雷諾數(shù)下波浪型圓柱繞流的數(shù)值模擬及減阻研究[J]. 鄒琳,林玉峰.  水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯. 2010(01)



本文編號：3548546