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题名钝体涡致振动的能量捕获与耦合响应研究
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作者
朱红钧
周新宇
唐涛
王硕
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机构
西南石油大学石油与天然气工程学院
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出处
《实验流体力学》
北大核心
2025年第2期65-74,共10页
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基金
国家自然科学基金项目(51979238)
四川省杰出青年科学基金项目(23NSFJQ0209)。
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文摘
文章基于风洞实验研究了截面形状和迎流攻角对钝体涡致振动及能量捕获的影响,同时利用数值模拟与烟雾可视化技术捕捉了钝体尾部的旋涡形态。结果表明:攻角显著影响了三棱柱、梯形棱柱与方柱的振动响应,当三棱柱尖角、梯形棱柱短边、方柱锐缘迎流时,涡脱模式均为2S,柱体振幅极小,不超过0.07D(D为特征尺寸);当三棱柱底边、梯形棱柱长底边、方柱侧边迎流时,边界层分离点前移至前端面尖角处,振动响应增强,且随约化速度增大,旋涡形成长度增大,依次经历未起振、涡致振动、涡致振动与驰振竞争和驰振4个阶段,升力与位移的相位差相应从0°跳跃至180°,而后在0°与180°之间切换,最后回落为0°,4个阶段对应的涡脱模式依次为2S、2P、2P和P+S。对比所有振子的能量捕获效率发现,底边迎流的三棱柱效果最佳,最大的能量捕获效率达12.5%。
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关键词
涡致振动
截面形状
攻角
涡脱模式
能量捕获
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Keywords
vortex-induced vibration
cross-sectional shape
angle of attack
vortex shedding mode
energy harvesting
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分类号
TK89
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
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题名亚临界雷诺数下单圆柱涡激振动研究
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作者
周力
邱中秋
袁亚帅
宗智
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机构
大连理工大学船舶工程学院
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出处
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2022年第3期145-152,共8页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52192692,51639003,52171294)。
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文摘
[目的]为了实现亚临界雷诺数下圆柱涡激振动振幅响应的准确预报,利用数值模拟方法研究强迫振动时圆柱的升力系数与振幅比(Cl-A/D)之间的关系。[方法]基于Realizable k-ε湍流模型,采用有限体积法对圆柱的强迫振动进行二维数值模拟,计算得到激振频率比fe/fn=1附近范围内不同振幅比下的升力系数曲线。选取圆柱振动速度最大时对应的升力系数,建立Cl-A/D关系曲线。[结果]结果表明,Cl-A/D拟合曲线总体变化趋势与涡激振动预报程序SHEAR7的结果吻合良好。同时,各激振频率比fe/fn下的零升力系数点均位于振幅比A/D=0.8附近,且结构尾涡脱落模式在A/D=0.8附近发生了转变,由“P+S”模式转变到“2P”模式(P表示一对旋转方向相反的旋涡脱落,S表示单个旋涡脱落)。在圆柱涡激振动实验中,发现涡激振动出现“锁定”时的最大振幅在0.8D附近。[结论]亚临界雷诺数下强迫振动圆柱Cl-A/D关系曲线升力系数为零时对应的振幅比与圆柱在涡激振动中的最大响应振幅比基本保持一致,且圆柱尾涡脱落模式在此振幅比下发生了转变。
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关键词
涡激振动
强迫振动
涡脱模式
振幅比
频率比
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Keywords
vortex-induced vibration
forced oscillation
vortex shedding mode
amplitude ratio
frequency ratio
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分类号
U661.1
[交通运输工程—船舶及航道工程]
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题名单/双自由度旋转圆柱流致振动特性数值计算分析
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作者
包燕旭
张小玉
陈威
林永水
李晓彬
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机构
武汉理工大学理学院
武汉理工大学船海与能源动力工程学院
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出处
《船舶力学》
EI
CSCD
北大核心
2023年第11期1661-1670,共10页
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基金
湖北省自然科学基金项目(2021CFB064)
国家自然科学基金资助项目(51979213
52201334)。
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文摘
为探讨不同自由度下旋转圆柱流致振动特性,本文对单/双自由度二维旋转圆柱在不同转速比下的流致振动进行了数值模拟研究,分析并对比了不同自由度下漩涡脱落模式及分布区间、流体力、振幅响应。研究时观察到六种脱涡模式,单自由度四种(2S,P+S,2P,U),双自由度五种(2S,P+S,P+T,2T,U),单自由度下U模式区间更大,双自由度下在较高转速比及约化速度下易呈现多涡模式(P+T、2T)。研究结果显示:对于1-DOF圆柱,振幅峰值随转速比增加而增大,锁定区间随旋转比增加而加宽,且在(α=3,Vr=11)时发生跳跃,此时脱涡模式由2S变为2P;对于2-DOF圆柱,无旋转下顺流向自由度促进横流向振动,横流向振幅峰值较1-DOF更大;在转速较小(α=1)时,横流向振幅峰值较无旋转更小,锁定区间缩短,表明低速旋转下顺流向自由度抑制横流向振动;对于较高转速比(α=2,3),圆柱振幅响应发生多次跳跃,每次跳跃峰值递增,并伴随脱涡模式改变(脱涡数增多,脱涡大小、涡量及尾流结构的对称性降低);双自由度下圆柱运动轨迹从8字形逐渐变为窄椭圆形,最终变为大回环扁椭圆形运动。解放顺流向自由度促进了横流向振动,引起了尾流结构的复杂化和圆柱振幅响应的多次跳跃。
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关键词
旋转比
圆柱绕流
流致振动
脱涡模式
流固耦合
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Keywords
rotation rate
flow past a cylinder
flow-induced vibration
wake pattern
fluid-solid coupling
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分类号
O352
[理学—流体力学]
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