高雷诺数下串列双圆柱绕流的影响因素研究

针对串列双圆柱绕流问题进行了数值研究,利用Fluent软件建立二维数值模型,探究了不同柱体间距、不同柱体表面粗糙度对串列双圆柱阻力系数、升力系数、St数的影响。采用SST k-ω湍流模型,对雷诺数为1×10~6,柱体间距L/D分别为1.75、1.90、2.20、2.50,表面粗糙度Rh在0~0.5%D范围内的串列双圆柱进行数值模拟。结果表明:柱体间距L/D在1.75~2.50范围内,光滑柱体表面下,St数、后柱平均阻力系数会随着柱体间距的增加而增大;同时,柱体间距对升力系数振幅也存在极大影响。改变柱体表面粗糙度,会使柱体间距为1.75的串列双圆柱前柱平均阻力系数在Rh=0.2%D时降低7%,而各柱间距下的后柱平均阻力系数会随粗糙度的增加而减小。研究成果能够为河道桥梁建设和圆柱绕流理论研究提供基础数据。     

圆柱非定常绕流及涡致振动的数值计算

用基于一般曲线坐标系和交错网格的差分法求解原始变量二维不可压粘性流体的N-S方程，计算了雷诺数从100到1×10     

高雷诺数圆柱绕流的数值模拟

本文试图通过不同精度的差分格式在较高Re数下的计算结果的对照比较,以期了解在高Re数下不同格式的优劣,达到合理选择计算格式,使其达到既计算精确,又相对节省时间的目的。     

不同间距比下粗糙度对并联双圆柱绕流的影响

利用ANSYS-Workbench大型有限元软件建立了二维模型,在Fluent的工作环境下,探究了不同间距下不同柱体粗糙度对并联双圆柱的升力系数、阻力系数的影响。采用SST k-ω湍流模型,雷诺数控制在1×10~6,并联双圆柱的间距比T/D分别为1.5、2.0、2.5、3.0,进行了柱体表面粗糙度Rh在0、0.1%D、0.3%D、0.5%D、0.8%D和1%D时的数值模拟。结果表明:间距比为1.5时,阻力系数达到最大,升力系数上下波动峰最高;在同一间距比下,随着粗糙度的增加,阻力系数先增大后减小,粗糙度在0.5%D时阻力系数达到最大;并联双圆柱由光滑面发展到粗糙面,阻力系数会发生突变,证明了光滑柱面下的阻力系数最小和升力系数的波动峰值最小。基于以上研究,可以将结论应用于以后圆柱绕流的理论研究和桥梁墩柱的工程建设中。     

单向流作用下近壁面圆柱的流向振动

在单向流水槽中对近壁面圆柱体的流向振动进行了实验模拟。分析了圆柱流向振动位移时程曲线,探讨了圆柱振动频率随水流速度的变化特征。研究了圆柱振动幅值和频率的变化特性,结合圆柱尾迹涡的变化规律,分析了流向振动的起因。实验结果表明:随着流速的增加,圆柱流向振动经历了发生、发展和消失的变化过程,振动频率呈现出缓慢增长的趋势;在流向振动触发初期和后期衰退时,流向振动频率存在多值现象,频谱中呈现多个谱峰;圆柱流向振动所对应的约减速度范围明显小于横向涡激振动所对应的范围。     

高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟

本文使用表面涡法研究高雷诺数下不同排列方式双圆柱绕流的流动状态，计算了双圆柱在并列、串列及级列的情况下的各种流动结构，涡街的变化及作用在圆柱上的受力情况。本文结果清楚地描述了双圆柱绕流复杂的流动状况，计算结果与实验显示的流动状况十分相似，斯特罗哈数和阻力系数与实验结果符合得很好。     

流致振动能量利用的研究现状与展望

流致振动现象是典型的流固耦合现象,其在空气动力学、水动力学及海洋动力学中均有涉及。近年来,随着流致振动发电设备的不断涌现,学术界又掀起了新一轮的流致振动研究浪潮。目前,有关流致振动发电的研究内容纷繁多样,并未形成系统的研究体系,因此有必要对流致振动能量利用现状及存在的问题进行系统的整理与分析。首先,详细梳理了圆柱绕流及非圆柱绕流的流致振动研究现状,指明了流致振动能量汲取在海流及风能利用上的巨大潜力;随后,基于现有的研究成果介绍了近几十年来主要的流致振动发电设备的种类、工作原理及应用现状;然后,基于现有的流致振动发电理念全面阐述了流致振动能量转化的研究现状,并剖析了研究当中存在的各类问题;最后,对流致振动能量利用的研究方向提出了建议。     

圆柱桥墩绕流试验研究

一个世纪以来,圆柱绕流一直是众多理论分析、实验研究及数值模拟的对象,但是由于圆柱周围三维水流的复杂性,迄今对该流动现象物理本质的理解仍是不完整的,特别是对于圆柱绕流流态与圆柱桥墩周围冲刷的关系问题,尚未形成系统的理论研究.利用超声波流速仪测量圆柱周围各测点的流速,得出圆柱桥墩绕流纵向、横向和垂向的三维时均流速分布,并对圆柱下游流态结构进行了初步的理论分析,为圆柱绕流流场和桥墩冲刷机理及防护研究提供了参考.     

糯扎渡水电站溢洪道泄槽流激振动试验研究

通过水弹性模型试验,研究糯扎渡水电站溢洪道泄槽隔墙通过宽大的F1和F3断层时的流激动力响应,并对其安全性进行评估。试验结果表明,糯扎渡水电站溢洪道泄槽隔墙模型实测基频分别为9.86Hz(干模态)及9.28Hz(湿模态),隔墙顶部最大泄洪振动响应发生在低泄量工况,其动位移均方根值达105.5μm。根据Meister感觉曲线可知,处于微有感觉或相当有感觉状况。隔墙的最大动应力振幅(3σ)为0.141MPa,可以认为隔墙在溢洪道正常泄洪时不会发生疲劳破坏。     

Experimental study of shell side flow-induced vibration of conical spiral tube bundle

Conical spiral tube bundles are widely used in enhancing the heat transfer via the flow-induced vibration in heat exchangers. The shell side flow-induced vibration of the conical spiral tube bundle is ...     

拱形闸门流激振动特性分析

针对某拱形闸门的流激振动问题,结合水弹模型试验结果,利用ANSYS软件对闸门不同工况下的流激振动特性进行了数值模拟研究,得到了闸门不同工况下应力和位移数据,计算结果同模型试验成果吻合较好。同时,对拱形闸门的安全进行了分析,并提出了相应的建议。     

三河口水利枢纽泄洪放空底孔事故闸门水力学及流激振动试验研究

本文针对三河口水利枢纽泄洪放空底孔事故闸门动水关闭过程门体的水力学及流激振动问题,按重力相似准则和水弹性相似准则研制了比尺为1∶20事故闸门的水力相似模型和完全水弹性相似模型。通过模型试验,研究了事故闸门动水闭门过程中门体水力荷载和流激振动响应特性。研究结果表明:闸门上游底缘倾角由47°增大为57°时,上游底缘的最小压强由-98. 0 kPa增大为271. 8kPa,有利于防止闸门底缘附近发生水流空化及减小闸门闭门力。研制的事故闸门水弹性模型试验模态结果与数值计算结果吻合较好。该事故闸门水弹性相似模型能够更直接的测量分析闸门的流激振动响应特性,为闸门的设计和运行提供技术支持,并可为类似工程事故闸门的结构优化设计及运行提供参考。     

深孔弧形闸门静动力特性及流激振动

弧形闸门由于其启门力小、无门槽及运行操作方便等优点,在水工建筑物中得到广泛应用,但不少闸门由于结构设计、布置或运行操作不合理等原因,在运行中会发生强烈振动甚至结构破坏,影响闸门结构的运行安全,特别是高水头、有局部开启控泄要求的大跨度弧形闸门。通过水力学试验、三维有限元静动力分析和流激振动试验,系统研究了深孔弧形闸门的水力学特性、静动力特性、流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动共振现象,并针对分析过程中出现的应力、变形过大问题,提出了加强闸门结构强度和刚度的优化措施,确保其安全平稳运行。     

三峡溢流坝左导墙流激振动有限元计算分析

三峡工程溢流坝泄水时 ,泄洪水流将对导墙产生较强的水流脉动压力和激荡力作用 ,可能诱发结构振动 ,甚至导致工程事故。以左导墙为研究对象 ,在总结了水弹性模型流激振动试验和相应计算的基础上 ,水弹性振动模型试验实测的脉动压力成果 ,按水弹性相似律进行转化 ,采用逐步积分方法 ,对导墙模型结构和原型结构作流激振动响应分析比较 ,并对点面转换系数进行了探讨 ,最后对导墙的安全度进行了综合性评价 更多还原     

Flow characteristics of the two tandem wavy cylinders and drag reduction phenomenon

This paper presents an extensive numerical study of 3-D laminar flow around two wavy cylinders in the tandem arrangement for spacing ratios (L/Dm ) ranging from 1.5 to 5.5 at a low Reynolds number of 1...     

巴塘水电站导流洞平面闸门流激振动试验研究

针对巴塘水电站导流洞动水闭门过程中门体出现振动的问题,根据水弹性和重力相似准则建立比尺为1:25的物理模型.通过模型试验,对平面闸门在闭门阶段的振动加速度、持住力以及门体应变等参量进行试验测定.试验结果表明:闸门在局开挡水时,水平向最大单倍位移幅值为91.974μm,振动危害较小;结构最大Mises应力值为11.32 ...     

三峡永久船闸输水反向弧形阀门流激振动问题研究

本文采用原型观测、模拟试验和理论分析等手段,对三峡永久船闸高水头输水反向弧形阀门的流激振动问题进行深入研究。研究内容包括:(1)以五强溪船闸反向弧形阀的原型观测为基础,对三峡船闸反向弧形阀及输水廊道紊流场进行精细的数值模拟和试验研究,通过综合分析,对三峡反向弧形阀门可能出现的小开度强振区的振源进行预报。(2)研究符合金属结构水弹性相似的高容重、低弹模的特殊材料系列,并用该材料制成了1∶20三峡反向弧形阀的"完全水弹性相似"的流激振动模型;用该模型进行了实验(干)模态分析,并与有限元的理论模态分析相比较,二者符合较好,说明它的动力性能良好,可用于反向弧形阀门的各项水弹性振动问题研究;在大型减压箱中对三峡永久船闸反向弧形阀在输水过程中的紊流流激振动进行模拟,预报阀门结构的动力特性及动力响应。最后对减振、抗振措施提出相应建议。     

大宽高比弧形钢闸门流激振动数值分析

针对大宽高比弧形钢闸门在水流脉动作用下的动力特性问题,以某节制闸弧形钢闸门为例,建立闸门有限元模型,分析流固耦合、支臂厚度对闸门振动特性的影响。基于随机振动法得到闸门在脉动水流作用下的流激振动位移与应力响应,并利用动力系数法对闸门动力响应做出评价。结果表明:闸门基阶振动受水体影响较小,低阶振动受支臂影响较大;闸门典型工况下的流激振动位移响应最大值为4. 029mm,动应力最大值为61. 247MPa,动力系数均低于1. 20,总体动应力水平较低,在动水作用下可安全运行。