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剪切來流條件下的渦生振蕩機理*

2017-01-07 06:52:45劉夢珂范寶春陳志華
國防科技大學學報 2016年6期
關(guān)鍵詞:振動

張 輝,劉夢珂,范寶春,陳志華

(南京理工大學 瞬態(tài)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(tài)物理國家重點實驗室, 江蘇 南京 210094)

將指數(shù)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(shù)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(fā)展為穩(wěn)定振蕩狀態(tài)進行了計算和討論,描述了脫體渦街的發(fā)展過程、升阻力相圖的連續(xù)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(tài)隨剪切度K的變化。結(jié)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(cè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)意義。最典型的問題是對于一個裝置在轉(zhuǎn)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(chǎn)生振動?!?br>

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