限制边界内变截面串列双方柱绕流分析 被引量：1

1

作者 余洋 杨光照 侯国祥 《中国舰船研究》 北大核心 2025年第3期63-71,共9页

[目的]针对限制边界内的串列双方柱绕流,研究雷诺数为100时,变截面双方柱(边长比为1.5)绕流在不同间距比下对流场、阻力的影响规律。[方法]基于格子Boltzmann方法以及反弹格式对限制边界内的串列双方柱绕流流场进行数值模拟,对比不同间... [目的]针对限制边界内的串列双方柱绕流,研究雷诺数为100时,变截面双方柱(边长比为1.5)绕流在不同间距比下对流场、阻力的影响规律。[方法]基于格子Boltzmann方法以及反弹格式对限制边界内的串列双方柱绕流流场进行数值模拟,对比不同间距比下变截面和等截面双方柱的流场模式和阻力系数。[结果]结果表明,在相同的间距比下,变截面在一定程度上可以加速流场模式的改变,但在间距比为6时反而将延缓流场模式的改变;相较于单方柱绕流,变截面的减阻效果最高可达9.16%,而等截面最高可达7.76%;相较于等截面,在相同间距比下的变截面最高可以减阻67.79%,即变截面的减阻效果更好,所以变截面是实现流场控制、减阻的可选方案。[结论]研究结果可为限制边界内方柱绕流的阻力优化、流场控制提供参考。 展开更多

关键词 变截面串列双方柱 限制边界 格子BOLTZMANN 流场控制

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上游圆角对小间距比串列双方柱绕流影响的数值模拟研究

2

作者 袁颖 张宗涛 +2 位作者 杨雄伟 靖洪淼 任磊 《振动与冲击》 北大核心 2025年第16期21-28,共8页

为研究上游方柱角部圆角化处理对小间距比下串列双方柱绕流特性的影响,该研究采用非定常雷诺平均Navier-Stokes法,进行了雷诺数Re=22000,上游方柱圆角率分别为0%、5%、10%、15%、16%、17%和20%的串列双方柱绕流数值模拟,分析了上游方柱... 为研究上游方柱角部圆角化处理对小间距比下串列双方柱绕流特性的影响,该研究采用非定常雷诺平均Navier-Stokes法,进行了雷诺数Re=22000,上游方柱圆角率分别为0%、5%、10%、15%、16%、17%和20%的串列双方柱绕流数值模拟,分析了上游方柱圆角率对串列双方柱气动力特性和绕流流场的影响规律。结果表明:随着上游方柱圆角率的增大,上游方柱阻力系数逐渐减小,下游方柱阻力系数基本不变,上、下游方柱脉动升力系数呈现先减小后增大的趋势,上、下游方柱圆角率在16%附近时串列双方柱的气动力特性较好;上游方柱圆角率增大会导致上、下游方柱的平均风压系数降低,上、下游方柱脉动风压系数呈现先减小后增大的趋势;与无圆角化方柱相比,上游方柱圆角化处理使剪切分离角变小,分离涡更贴近方柱壁面,导致下游方柱的流动再附提前,并加快了旋涡的脱落速度。 展开更多

关键词 数值模拟 串列双方柱 圆角率 气动力特性 流场机理

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低雷诺数中等间距串列双方柱涡激振动的数值模拟 被引量：5

3

作者 杜晓庆 邱涛 +1 位作者 郑德乾 赵燕 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期94-101,共8页

为研究典型间距比串列双方柱的涡激振动特性及其耦合机制,对雷诺数为150、柱心间距比分别为2.0和4.0的串列双方柱涡激振动进行了数值模拟,探讨了方柱振动响应随来流折减速度的变化规律,以及周围流场的流态与其演变过程,重点分析了下游... 为研究典型间距比串列双方柱的涡激振动特性及其耦合机制,对雷诺数为150、柱心间距比分别为2.0和4.0的串列双方柱涡激振动进行了数值模拟,探讨了方柱振动响应随来流折减速度的变化规律,以及周围流场的流态与其演变过程,重点分析了下游方柱的能量输入机制.两方柱在不同柱心间距比下均以横流向振动为主,柱心间距比为2.0时,均在双涡脱流态内发生“弱锁定”(即方柱在振动锁定区的振动频率锁定值远小于1.0),其横流向最大振幅皆出现在振动锁定区内且上游方柱振幅较大;在振动锁定区内,上游方柱平均阻力系数的激增导致平均柱心间距急剧减小,扰乱了下游方柱的气动升力对振动的能量输入,导致其尾流中的旋涡极不稳定.柱心间距比为4.0时,仅下游方柱在剪切层再附流态内发生“锁定”,两方柱的横流向最大振幅均出现在振动锁定区外,但上游方柱振幅远小于下游方柱,这是由于两方柱脱落的旋涡相互融合,使得气动升力对下游方柱的能量输入增强,横流向振幅和旋涡的横流向间距随之增大,造成下游方柱的尾流模态为双涡脱流态内的平行涡街模态.此外,下游方柱的横流向振幅在剪切层再附流态内也会出现较明显的极值,其对应的尾流模态均为剪切层再附流态内的平行涡街模态. 展开更多

关键词 涡激振动 串列双方柱 弱锁定 柱心间距比 能量输入机制 数值模拟

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线性剪切来流下串列双方柱绕流特性的数值模拟 被引量：2

4

作者 水庆象 王大国 +3 位作者 徐兵 王伟 谭国荣 何治良 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期543-550,共8页

为揭示线性剪切来流对串列双方柱绕流特性的影响,基于多步格式的特征线算子分裂有限元法,在计算域出口处采用对流边界条件,建立线性剪切来流的方柱绕流数值模型。对剪切参数为0~0.4的不同间距比下串列双方柱绕流数值模拟,结果表明:剪切... 为揭示线性剪切来流对串列双方柱绕流特性的影响,基于多步格式的特征线算子分裂有限元法,在计算域出口处采用对流边界条件,建立线性剪切来流的方柱绕流数值模型。对剪切参数为0~0.4的不同间距比下串列双方柱绕流数值模拟,结果表明:剪切来流可以抑制涡漩脱落,降低斯特劳哈数;上游方柱驻点随剪切参数的增加向高速侧移动,当剪切参数大于0.3时驻点的位置不再发生变化。进一步通过对比剪切参数分别为0和0.1的模拟结果发现:串列双方柱间隙内流场有无涡脱产生与该区域内水平方向时均速度场为负的区域是否连续有关;间距比和剪切参数通过改变方柱周围的速度场对作用于方柱表面的压力产生较大影响,迎流面与背流面的压力差剧增导致方柱平均阻力系数剧增。 展开更多

关键词 串列双方柱 线性剪切来流 剪切参数 间距比 数值模拟

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低雷诺数串列双方柱流致振动质量比效应的数值研究 被引量：2

5

作者 杜晓庆 邱涛 赵燕 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1740-1751,共12页

为澄清串列双方柱流致振动的质量比效应,采用数值模拟方法,在雷诺数为150时,研究了质量比(m*=3,10,20)对下游方柱振动响应特性的影响规律,分析了下游方柱尾流模态的演变过程,探讨了导致下游方柱振动的流固耦合机制.结果表明:质量比对下... 为澄清串列双方柱流致振动的质量比效应,采用数值模拟方法,在雷诺数为150时,研究了质量比(m*=3,10,20)对下游方柱振动响应特性的影响规律,分析了下游方柱尾流模态的演变过程,探讨了导致下游方柱振动的流固耦合机制.结果表明:质量比对下游方柱的流致振动有重要影响,低质量比(m*=3)时下游方柱的振动响应更为复杂,随着折减速度的增大,下游方柱并未出现传统"锁定"现象(即振动频率比fy/fn≈1的锁定),而发生了"弱锁定"现象(即fy/fn<1的锁定);随着质量比的增加(m*=10和20),"弱锁定"现象消失,而出现传统"锁定"现象,且下游方柱横流向最大振幅减小.质量比对串列双方柱的柱心间距有明显影响,低质量比(m*=3)时的柱间距在振动锁定区内会急剧减小,而较高质量比(m*=10和20)下的柱间距则变化不大.此外,质量比对串列双方柱的尾流模态和流固耦合机制也有显著影响,其中低质量比(m*=3)下的情况更为多样. 展开更多

关键词 串列双方柱 流致振动 质量比效应 弱锁定 流固耦合机制 数值模拟

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串列双方柱的风压特性及其流场机理 被引量：12

6

作者 杜晓庆 陈丽萍 +2 位作者 董浩天 田新新 许汉林 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期109-118,共10页

为了研究干扰条件下方柱的风压特性及其流场机理,以串列双方柱为研究对象,采用大涡模拟方法,在雷诺数Re=8×10^(4)、间距比P/B=1.1~5的条件下,研究了两个方柱的风压系数、气动力系数、风压非高斯特性、风压相关性随间距比的变化规律... 为了研究干扰条件下方柱的风压特性及其流场机理,以串列双方柱为研究对象,采用大涡模拟方法,在雷诺数Re=8×10^(4)、间距比P/B=1.1~5的条件下,研究了两个方柱的风压系数、气动力系数、风压非高斯特性、风压相关性随间距比的变化规律,重点探讨了双方柱流场特性及其与风压非高斯特性的内在联系.研究结果表明:随着间距比的增大,串列双方柱依次表现为3种流态,即单一钝体、剪切层再附和双涡脱流态,风压特性与流态密切相关.风压的非高斯特性和风压相关性随流态变化呈现为3种类型:在单一钝体流态下,柱间回流区附近的表面风压呈现明显的非高斯特性且风压相关性较强;在剪切层再附流态下,方柱尾流的涡脱强度低,风压相关性弱,但风压非高斯区域大;在双涡脱流态下,受上游方柱尾流旋涡的作用,方柱侧风面的风压相关性较强,下游方柱的侧风面和背风面出现大范围的风压非高斯区域. 展开更多

关键词 串列双方柱 气动干扰 大涡模拟 风压非高斯特性 流场机理

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低雷诺数下串列双方柱尾流致涡激振动研究 被引量：2

7

作者 杜晓庆 邱涛 赵燕 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期985-993,共9页

两个方柱之间的气动干扰会引发复杂的流致振动,其振动机理尚未被澄清。在雷诺数为150时,针对串列双方柱尾流致涡激振动现象,采用数值模拟方法研究上、下游方柱的振动幅度、振动频率、尾流模态等随折减速度的变化规律。结果表明:上、下... 两个方柱之间的气动干扰会引发复杂的流致振动,其振动机理尚未被澄清。在雷诺数为150时,针对串列双方柱尾流致涡激振动现象,采用数值模拟方法研究上、下游方柱的振动幅度、振动频率、尾流模态等随折减速度的变化规律。结果表明:上、下游方柱在横流向和顺流向的最大振幅均远大于单方柱,且下游方柱振幅大于上游方柱。与单方柱不同,双方柱会发生“软锁定”现象,此时上游方柱横流向振幅达到最大值。随着折减速度的增加,双方柱会出现不同的尾流模态,上游方柱横流向振幅达到最大值时,尾流为“2P”模态;而当下游方柱横流向振幅达到最大值时,尾流为平行涡街模态;在“软锁定”区外的高折减速度下,下游方柱仍会发生振幅较大的横流向振动,其尾流为“2S”模态。 展开更多

关键词 尾流致涡激振动 串列双方柱 数值模拟 软锁定 尾流模态

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上游切角对串列双方柱气动性能影响研究 被引量：4

8

作者 郑德乾 祝瑜哲 +2 位作者 刘帅永 马文勇 方平治 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第15期216-223,共8页

串列双方柱气动干扰效应与方柱本身的绕流特征有很大的关系,方柱角部局部外形变化将对串列双方柱的气动干扰效应产生明显的影响,相关的研究仍较少。采用基于雷诺平均SST k-ω湍流模型的二维非定常绕流数值模拟方法,研究了上游方柱无、... 串列双方柱气动干扰效应与方柱本身的绕流特征有很大的关系,方柱角部局部外形变化将对串列双方柱的气动干扰效应产生明显的影响,相关的研究仍较少。采用基于雷诺平均SST k-ω湍流模型的二维非定常绕流数值模拟方法,研究了上游方柱无、有切角(切角率10%)对串列双方柱气动性能的影响,通过间距比为2.0时无切角工况的数值模拟结果与文献试验结果的对比,验证了模拟方法及参数设置的有效性;根据升、阻力系数的对比分析,确定了上游无、有切角时串列双方柱的气动力突变临界间距比分别为4.6和4.1;对两临界间距比情况的无、有切角串列双方柱,分别进行了基于空间平均的三维非定常绕流大涡模拟,从风压分布角度详细分析了上游方柱切角处理对串列双方柱气动性能的影响,从方柱周围的时均和瞬态流场角度进行了机理分析。上游方柱切角后,在剪切层发生分离再附,尾流变窄,旋涡脱落更趋复杂,引起流场流态的变化,风压分布受到影响,方柱升、阻力系数降低,临界间距缩短。 展开更多

关键词 串列双方柱 切角处理 数值模拟 临界间距 气动性能 流场机理

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两种串列方柱气动性能的试验研究 被引量：2

9

作者 杜晓庆 陈如意 +1 位作者 许汉林 马文勇 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期847-852,1018,共7页

针对两种布置形式(水平布置和对角布置)的串列双方柱,通过同步测压风洞试验,在雷诺数为Re=8.0×10^4、间距比为P/B=1.75~5.00(其中P为方柱中心间距、B为方柱边长)条件下,得到了两种布置形式串列双方柱的表面风压,重点研究了对角串... 针对两种布置形式(水平布置和对角布置)的串列双方柱,通过同步测压风洞试验,在雷诺数为Re=8.0×10^4、间距比为P/B=1.75~5.00(其中P为方柱中心间距、B为方柱边长)条件下,得到了两种布置形式串列双方柱的表面风压,重点研究了对角串列双方柱的气动力、风压分布、Strouhal数等气动性能随方柱间距的变化规律,并与水平串列双方柱进行比较。水平串列双方柱的气动力在P/B=3.00~3.50时会发生跳跃现象,下游方柱的平均阻力由负值突变为正值,而对角下游方柱平均阻力系数则均为负值。结果表明:当P/B<3.00时,对角串列双方柱的平均和脉动气动力系数、最大平均负压强度和脉动风压系数均大于水平串列双方柱,而当P/B>3.00时则情况相反;对角串列双方柱的Strouhal数明显小于相同间距下的水平串列双方柱,且在P/B<3.00时对角串列双方柱的升力功率谱出现了多个峰值。 展开更多

关键词 串列双方柱 风洞试验 水平布置 对角布置 气动性能

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上游切角倒角小间距比串列方柱大涡模拟研究 被引量：7

10

作者 郑德乾 祝瑜哲 +2 位作者 马文勇 方平治 李玉学 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期37-45,61,共10页

串列双方柱在小间距比情况下会存在一定的遮挡效应,而上游方柱角部形状改变对其遮挡效应的影响有待以进一步明晰。以间距比(方柱中心距与边长的比值)为2.0的串列双方柱为对象,分别对标准方柱、上游方柱切角和倒角处理(角部变化率10%)3... 串列双方柱在小间距比情况下会存在一定的遮挡效应,而上游方柱角部形状改变对其遮挡效应的影响有待以进一步明晰。以间距比(方柱中心距与边长的比值)为2.0的串列双方柱为对象,分别对标准方柱、上游方柱切角和倒角处理(角部变化率10%)3种工况,进行了非定常绕流大涡模拟研究。数值模拟中采用均匀平滑流场,不考虑来流紊流,以来流平均风速和方柱边长定义的雷诺数为22 000。通过串列标准方柱大涡模拟结果与文献试验结果的对比,验证了该方法及参数设置的有效性;详细对比分析了方柱的平均、脉动气动力系数和风压系数分布等,对上下游方柱周边测点的脉动风速谱进行了对比分析,还结合方柱周边的时均和瞬态流场进行了机理分析。结果表明,上游方柱切角、倒角改变了流动分离点,剪切流扩散角变小,分离涡更贴近壁面,影响了下游方柱的流动再附,减弱了方柱平均与脉动风荷载,其中上游方柱切角处理更为显著地降低了流向平均风荷载,而倒角处理则表现为减弱横风向脉动风荷载。 展开更多

关键词 串列双方柱 角部修正 大涡模拟 风荷载 流场机理

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上游静止方柱尾流对下游方柱体尾激振动效应影响 被引量：6

11

作者 涂佳黄 谭潇玲 +3 位作者 杨枝龙 邓旭辉 郭小刚 张平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期1321-1335,共15页

基于半隐式特征线分裂算子有限元法,对低雷诺数下串列布置上游静止方柱–下游双自由度运动方柱体结构的尾激振动问题进行了研究.首先与现有文献结果进行对比验证该方法的正确性.然后着重分析了雷诺数(Re)与折减速度(U_r)两个关键参数对... 基于半隐式特征线分裂算子有限元法,对低雷诺数下串列布置上游静止方柱–下游双自由度运动方柱体结构的尾激振动问题进行了研究.首先与现有文献结果进行对比验证该方法的正确性.然后着重分析了雷诺数(Re)与折减速度(U_r)两个关键参数对下游方柱尾激振动响应的影响,同时将计算结果与单方柱工况进行了对比.数值计算结果表明,雷诺数和折减速度对下游方柱的振幅、振动频率和运动轨迹等动力响应特性的影响较大.随着雷诺数的增大,双柱系统的互扰效应从以涡激效应为主逐渐转变为尾激效应发挥主导作用,从而导致下游方柱的振动响应增强.单方柱工况结构运动轨迹均呈'8'字形.然而,下游方柱的运动轨迹会随着雷诺数的增加而变得复杂.雷诺数较小时(Re=40, 80),下游方柱的运动轨迹基本为'8'字形.雷诺数较大时(Re=120, 160, 200),下游方柱的运动轨迹会出现双'8'字形.同时,下游方柱的尾流场特性主要呈现2S, 2S*, 2P,2T, P+S和稳态6种模式.最后,通过对流场特性进行分析,揭示了串列双方柱系统尾激振动效应的作用机理. 展开更多

关键词 串列双方柱体 尾激振动 动力响应 尾流特征 半隐式特征线分裂算子有限元法

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