质量比对近壁面两向自由度圆柱涡激振动的影响

该研究系统地考察质量比对两向自由度近壁面圆柱涡激振动(VIV)的影响。圆柱的质量比为m~*=2,10和20,间隙比、雷诺数和折合流速分别为G/D=0.6,Re=100和U_r=3～12。为使圆柱获得更大的振幅，将系统阻尼比设为零。研究发现，随质量比的增加，圆柱的振动开始于更高的折合流速，且振幅更小一些。由于受到壁面边界层的影响，圆柱运动轨迹为雨滴型，但当m~*≥10且折合流速较小时，运动轨迹呈现为类8字型。对尾流模式来说，当振幅较小时，均为1S模式；而振幅较大时，为C+S模式或2S模式；迟滞发生后，m~*=2工况为1S模式，而m~*≥10工况为稳定尾流。此外还发现，圆柱涡激振动的迟滞现象与壁面边界层重复着的双稳态性有关。当增折合流速时，壁面边界层周期性地重复着于圆柱上表面，对圆柱上侧剪切层的发展起到了显著的促进作用，从而激励了更大的振幅；而当减折合流速时，壁面边界层从圆柱下侧通过，抑制了下侧剪切层发展。