剪切來流條件下的渦生振蕩機理*

張 輝，劉夢珂，范寶春，陳志華

(南京理工大學 瞬態物理國家重點實驗室， 江蘇 南京 210094)

剪切來流條件下的渦生振蕩機理*

張 輝，劉夢珂，范寶春，陳志華

(南京理工大學 瞬態物理國家重點實驗室， 江蘇 南京 210094)

將指數極坐標系建立在運動的圓柱上，推導了運動坐標中剪切來流條件下，渦生振蕩的渦量-流函數守恒方程、其初始和邊界條件、圓柱表面的水動力表達式、圓柱振蕩方程。對圓柱從靜止開始振蕩到發展為穩定振蕩狀態進行了計算和討論，描述了脫體渦街的發展過程、升阻力相圖的連續變形和漂移、圓柱振蕩和平衡位置的變化過程。研究了渦生振蕩終態隨剪切度K的變化。結果表明：剪切來流給流場加入了背景渦，使圓柱的上渦增強、下渦減弱，流場的對稱性被破壞。隨著剪切度K的增大，渦街的傾斜程度增大，壓力曲線的漂移量增大，由此導致升力的絕對值增大，圓柱的振幅增大且平衡位置向圓柱下側的漂移也增大。

渦生振蕩；剪切流；流固耦合；水動力；升力

流固耦合問題在航空航天工程、建筑工程及海洋工程等領域大量存在，如高層建筑、近海工程結構以及海底管線等，它會加劇一些復雜的固體振動，在不理想的條件下甚至可能導致結構損傷和破壞，因此對于流固耦合的研究有重要的實用價值和學術意義。最典型的問題是對于一個裝置在轉動底座的圓柱體，周期脫落的尾渦會導致升阻力的周期性變化，進而使圓柱體產生振動。……