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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:王军雷,吴金星,丁林,任保增.完全湍流剪切层对圆柱涡激振动特性的影响[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(1):178.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2017.01.027
WANG Junlei,WU Jinxing,DING Lin,REN Baozeng.Investigation on the cylinder’s vortex-induced vibration under TrSL3[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2017,49(1):178.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2017.01.027
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完全湍流剪切层对圆柱涡激振动特性的影响
王军雷1,2,吴金星1,丁林2,任保增1
(1.郑州大学 化工与能源学院,郑州 450001;2.低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室(重庆大学),重庆 400044)
摘要:
为研究完全湍流剪切层(2×l04~4×l04Re<1×105~2×105)下雷诺数对涡激振动动态响应的影响,在OpenFOAM平台下采用有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras—方程湍流模型,采用二阶范德波尔方程描述二维圆柱体涡激振动,对完全湍流剪切层下的圆柱绕流涡激振动进行数值计算,分析涡激振动的振幅、频率特性,并在Williamson-Roshko(W-R)图谱中分析旋涡尾迹脱落模式.结果表明:在相同折减速度下提升雷诺数时,圆柱振幅会显著增大,最大振动振幅值高于自由剪切层过渡旋涡区结果及修正Griffin图谱结果.雷诺数对提高圆柱的涡激振动振幅和同步区的范围具有决定性作用,在完全湍流剪切层中,当提升阻尼参数(α≥0.38)时,涡激振动的上部分支消失,振动频率出现“阶跃".
关键词:  涡激振动  质量阻尼比  流固耦合  旋涡脱落  湍流剪切层
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.2017.01.027
分类号:TH212;TH213.3
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金青年项目(51606171); 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室开放基金 (LLEUTS-201610)
Investigation on the cylinder’s vortex-induced vibration under TrSL3
WANG Junlei1,2,WU Jinxing1,DING Lin2,REN Baozeng1
(1.School of Chemical Engineering and Energy, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2. Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technologies and Systems(Chongqing University), Ministry of Education, Chongqing 400044, China)
Abstract:
To study the dynamic response of vortex-induced vibration under different a in TrSL3 ( Transition of shear layer,2×104~4×104Re<1×105-2×105),the finite-volume method is used to resolve the turbulence model of the Reynold s - averaged Navier-Stokes equation and the Spalart-Allmaras equation on the basis of OpenFOAM together with the Van Der Pol second-order equation describing the two-dimensional vortex-induced vibration of cylinder. The oscillating amplitude,frequencies and the vortex shedding structures are analyzed in detail. The initial,upper and lower branches of the synchronization phenomenon in vortex-induced vibration are captured. The results show that,the amplitude in present work is higher than that in TrSL2 and modified Griffin plot when evaluate Reynolds number under the same reduced velocity. Reynolds number plays a key role in elevating the oscillating amplitude and the synchronization range under TrSL3. The vortex-induced vibration misses upper branch and enter into the lower branch directly from initial branch in the case of high mass-damping ratio (α≥0.38),phase step occurs in oscillating frequency.
Key words:  vortex-induced vibration  mass-damping ratio  fluid-structure interaction  vortex shedding  transition of shear layer

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