关键词:
四圆柱
涡激振动
折合速度
雷诺数效应
流固耦合
光滑有限元法
摘要:
该文运用单元型光滑有限元法和分区强耦合算法数值研究了低雷诺数下,四圆柱两自由度涡激振动特性与尾涡脱落模式。来流条件为不可压黏性均匀流动;柱阵采用方形布列,圆心间距s=5,质量比m^(*)=10。为调查折合速度和雷诺数对柱群涡激振动的影响,考虑了两种工况:①工况一,雷诺数Re=100时,折合流速U_(r)=1~14;②工况二,U_(r)=7.3时,Re=40~300。数值研究发现:①在工况一中,上游两圆柱横向振幅及流体力系数均方根值随Ur变化趋势均与单圆柱情形一致;观察到下游两圆柱横向振幅不相等,将其归类为两种情况:其一,上游两圆柱出现横向振幅不相等现象,下游两圆柱横向振幅受前者影响产生差异;其二,下游两圆柱尾涡脱落模式不一致引起横向振幅不同;②在工况二中,上游圆柱振动响应于Re=130时发生转换且响应分支对应不同尾涡脱落模式;响应分支转换后,四圆柱耦合机制发生变化,下游圆柱流向振幅和升力均方根值剧增;同时观察到“2P+2S”尾涡脱落模式,涡对脱落周期随雷诺数增大而减小;特别是Re=140时,下游两圆柱每隔4~5个周期脱落一对涡对;250≤Re≤300时,下游两圆柱后尾迹均形成两排旋涡,仅隔1~2个周期脱落一对涡对。