帶三根絆線圓柱的氣動力特性研究

杜曉慶 周楊 李大樹 代欽

摘要： 在亞臨界雷諾數下（Re=4×104），采用大渦模擬方法對帶三根絆線圓柱繞流場進行了數值模擬，研究了圓柱表面風壓分布、平均氣動力和Strouhal數（St）隨絆線位置角（β）的變化規律，分析了帶絆線圓柱的流場流態與氣動性能之間的相關性，探討了分離泡對圓柱氣動性能的影響機制。研究表明：三根絆線會對圓柱的氣動性能造成很大影響，其最大平均阻力系數較帶單根絆線圓柱與光圓柱分別提升了32%及50%左右，最大平均升力系數則比單絆線圓柱高37%；帶三絆線圓柱的St數低于光圓柱，并會隨著β的增加單調遞減；受絆線的影響，氣流往往會在絆線位置提前分離，從而導致帶三根絆線圓柱的尾流寬度較光圓柱更寬，并導致圓柱的阻力系數增大；絆線在β=50°附近時，在絆線分離的剪切層會再附到圓柱表面，形成單側分離泡，這會導致圓柱表面出現局部強負壓，并受到平均升力的作用。

關鍵詞： 渦激振動； 氣動控制； 流場特性； 圓柱； 大渦模擬

中圖分類號： V211； TU352.1文獻標志碼： A文章編號： 1004-4523（2018）02-0291-09

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2018.02.012

1概述

在圓柱表面纏繞螺旋線是一種常用的氣動控制措施。螺旋線可破壞圓柱旋渦脫落的規律性，因而可抑制或減小圓柱的渦激振動[1]。纏繞螺旋線的氣動措施也被用來減少斜拉橋拉索的風雨激振的發生[2-3]。螺旋線的減振效果取決于螺旋線的數量、直徑和間距等參數[4]，纏繞螺旋線圓柱也有存在阻力增大的問題[5]。

盡管在圓柱表面螺旋線的氣動措施已得到廣泛應用，然而螺旋線確切的減振機理尚未被澄清[5]。……