旋转振荡板的尾流旋涡脱落模式研究

目的:寻找不同振频和振幅条件下旋转振荡板尾流所有旋涡脱落模式,画出各模式的区域分布图,总结旋涡脱落规律。方法:通过风洞实验与数值模拟确定雷诺数Re=2 300时,尾流旋涡脱落模式为2S,2P,P+S的典型工况,验证实验结果与仿真结果是否具有一致性。板的旋转振幅变化范围为:5°～50°,无量纲振频f_eH/V_∞的变化范围为0.01～0.129,通过改变数值模拟的参数找出所有旋涡脱落模式。结果:确定了四种旋涡脱落模式的典型工况,每种模式下实验与仿真结果对比良好,在研究范围内共发现了十一种旋涡脱落模式。结论:旋转振荡板尾流的旋涡脱落模式随着振幅、振频的增加不断改变,最终全部成为2S模式。其中振频对旋涡脱落模式变化的影响较大,总体趋势是从复杂的涡结构逐渐转变成单一结构。     

横向振荡柱体尾流P+S模式及其演化研究

目的:研究旋涡脱落模式及其抑制方案对各种工程建设的意义。方法:通过改变横向振荡柱体的振幅和振频找到尾流的P+S旋涡脱落模式(在一个振荡周期内,柱体一侧脱落一对旋涡,另一侧脱落一个单涡),并将两个宽度为b/D=0.32的窄条控制件对称地放置于柱体尾流中,观察其对柱体旋涡脱落的改变情况。采用RNG k-ε湍流模型进行数值模拟,并用流动显示和热线测量进行验证。结果:在振幅比A/D=1.5,无量纲振荡频率f_eD/V_∞=0.2,雷诺数Re=1 200条件下,找到了P+S模式旋涡脱落,并发现窄条可将旋涡改变为2P或其他模式。结论:当窄条位于一定区域内时,可抑制漩涡脱落。     

大振幅横向振荡柱体尾流的控制

引用小窄条控制件对不同旋涡脱落模式进行尾流控制.在振幅比A/D=1.0,无量纲振荡频率feD/V∞=0.413,雷诺数为1 200条件下找到了2P旋涡脱落模式并对其进行控制;在振幅比为0.4,无量纲振荡频率0.21条件下找到了2S旋涡脱落模式并对其进行控制;在振幅比为1.5,无量纲振荡频率0.189条件下找到了P+S旋涡脱落模式并对其进行控制.烟线流动显示实验和热线测速.实验结果表明,单窄条对2S模式旋涡脱落的抑制作用不明显,对2P模式旋涡脱落抑制作用显著,双窄条对P+S模式旋涡脱落的抑制在一定位置下有显著控制效果.     

喷射气流对横向振荡圆柱体尾流抑制的影响

对雷诺数Re=1200条件下的圆柱在均匀来流中横向受迫振荡的尾流控制问题进行数值模拟分析.通过尾部加喷射气流对不同旋涡脱落模式进行尾流控制,通过对圆柱在不同振幅和振荡频率下涡脱落情况进行观察研究,最终在无量纲振荡频率feD/V=0.21,振幅比A/D=0.5情况下发现了2S旋涡脱落模式并通过在柱体尾部施加不同速度的喷射气流对其进行控制;在feD/V∞=0.189,A/D=1.5情况下发现了P+S旋涡脱落模式并在柱体尾部施加不同速度的喷射气流对其进行控制.涡量图和功率频谱图结果表明,在2S模式下,喷射气流对旋涡脱落抑制效果明显,尤其当喷射速度Ve=5m/s时效果显著.而在P+S模式下,当喷射速度Ve=2.5m/s时旋涡脱落抑制效果较好,而当喷射速度Ve分别为5m/s和7.5m/s时,抑制效果一般.     

喷射方法对尾流旋涡脱落的抑制

采用数值模拟的方法研究了尾部喷射对波动来流绕圆柱流动旋涡脱落的抑制,进而研究圆柱尾流控制机理.研究流场的无量纲波频范围为0².8,来流波动的无量纲幅值为0.2,雷诺数=200.在圆柱尾部沿圆柱母线开宽度为0.04倍柱体直径的缝隙,从缝隙中射出流体对尾流进行抑制,寻找可有效抑制旋涡脱落的喷射速度范围,进而求出雷诺数=200,无量纲振幅为0.2时有效抑制范围.当喷射速度在一定范围内时,可有效抑制旋涡脱落,并且随着无量纲频率的增大,有效抑制范围逐步减小.     

流线型闭口箱梁抑流板抑制涡振机理研究

涡激振动是大跨度桥梁在低风速时易发的自限幅风致振动现象,设置栏杆扶手抑流板为典型涡振抑制措施。以某典型闭口箱梁断面为研究对象,进行了大尺度节段模型测振、测压风洞试验和CFD数值模拟,结合涡振响应、表面风压时频特性和流场特征,对比阐述了栏杆扶手抑流板抑振机理。原始断面在+3°初始攻角下出现明显竖向涡振现象,且振幅超过规范允许值。设置栏杆扶手抑流板后,涡振消失。原始断面涡振主要由气流分别在边防撞栏和检修轨道处诱导并在上下表面中部区域分别形成的主导涡引起,即‘双旋涡模式’引起的周期性气动力是涡振发生的内在机理。设置栏杆扶手抑流板主要是改变了断面上表面区域流场分布,气流受抑流板干扰,在其后产生连续的旋涡脱落,改变了下方气流移动路径,下方气流近乎水平通过边防撞栏区域,避免了边防撞栏横栏角部的流动分离,抑制了主导原始断面涡振的上表面主导涡,完全破坏了‘双旋涡模式’,极大降低了局部气动力与涡激力之间同步相关性及表面压力脉动;同时表面气动力脉动频率随机离散化,模型表面各区域气动力对涡激力的贡献均明显下降,无法激发整体结构涡振效应,故涡振消失。     

H型吊杆气动性能优化研究

针对H型吊杆易发生驰振失稳的问题,以曾家岩嘉陵江大桥H型吊杆为研究背景,通过节段模型测振试验和CFD数值模拟的方法分别研究了腹板、翼板在较低开孔率下单独开孔以及腹板、翼板同时开孔时开孔率对吊杆气动性能的影响规律;同时为规避开孔断面可能出现压杆失稳的风险,首次提出了在腹板两侧设置气动稳定板的抑振措施,通过多工况对比试验得到气动稳定板尺寸参数的最优取值,并从驰振系数及流场可视化图的角度解释了气动稳定板的抑振机理,证明了此新型抑振措施的有效性。整体结果表明:原断面存在驰振现象;腹板或翼板在较低开孔率下单独开孔并不能避免驰振的发生;腹板和翼板同时开孔能消除驰振现象,但一定程度上会产生竖弯涡振现象,增大翼板开孔率可降低涡振幅值,但腹板开孔率并不是越高越好,而是存在一个较优区间,腹板和翼板开孔率分别为5.6%和16.7%左右时可在抑制驰振的同时消除涡振现象。气动稳定板措施可有效避免驰振的发生,但会滋生小幅度的竖弯涡振现象,稳定板底部与腹板之间的相对缝隙距离B_1/B以及稳定板顶部与翼板间相对竖直距离B_2/B均对吊杆涡振性能有很大影响,其中B_1/B0时无法抑制驰振现象,在有效影响范围内两个无量纲参数的值越大对于涡振的抑振效果越好;当B_1/B=1/3且B_2/B=2/3时,吊杆断面既无驰振也无涡振现象发生。     

窄条控制件对旋转振荡板尾流的控制

两个小窄条对称地放于两侧,对宽厚比B/H=3的旋转振荡平板的尾流旋涡脱落进行抑制.板在平行于来流位置附近绕对称轴作旋转振荡,振幅为10°.窄条长边与板的旋转轴平行,窄条表面与来流方向垂直,窄条宽度与板的厚度之比b/H=1/3.控制参数为窄条位置.尾流流动显示图片和尾流脉动速度谱结果表明,当窄条位于有效区域内时,板两侧的涡脱落得到有效抑制.有效区尺度随着无量纲频率的增大而增大,随着雷诺数的增大而减小.     

真实流场中换热管流体诱导振动特性研究

工程用换热器中由于折流板的存在,壳程流体折返冲刷换热管,换热器内流场十分复杂。采用实验和数值模拟相结合的方法对正方形排列节径比为1.25的换热管束在真实流场中的流体诱导振动问题进行分析研究。结果表明:流体折返冲刷换热管,复杂的流体力分布抑制了换热管与漩涡脱落的共振效应。管束边缘换热管受到流体力作用,会极大地偏离原始位置,在新的平衡位置做小振幅振动,振动振幅受管束间隙流速影响较小。管束边缘换热管较大的刚体位移和小幅的高频振动,会加剧换热管与折流板间的切割效应。该研究结果可以作为大型换热器局部流体诱导振动分析与标准完善的依据。     

波浪锥型圆柱流固耦合振动机理研究EI北大核心CSCD

为增强及控制无叶片风力俘能结构能量采集效率,该研究将表面结构斜率参数引入波浪型圆柱,发展了一种新型波浪锥型圆柱,试验研究在雷诺数Re=3900下不同波长比、波幅比、斜率参数的波浪锥型圆柱涡激振动响应特性。研究发现:在不同折合流速下,斜率k=0.05的锥型圆柱和波长比λ/D _(m)=1.75、波幅比α/D _(m)=0.10、斜率k=0.05的波浪锥型圆柱最大振幅较直圆柱分别增长26.4%和12.6%,且锁频区间得以拓展;当折合流速在锁频区间内时,在波浪锥型圆柱绕流尾流中观察到了“2S”、“2P”漩涡脱落模式,并且“2P”漩涡脱落模式在往下游发展的过程中有转变为“2C”模式的趋势。该研究可为无叶片风力俘能结构涡致振动的增大和发电效率的提升提供理论支持。