质量比对近壁面两向自由度圆柱涡激振动的影响

作     者：刘旭菲 陈威霖 及春宁 LIU Xufei;CHEN Weilin;JI Chunning

作者机构：浙江水利水电学院水利与环境工程学院杭州310018 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 

出 版 物：《振动与冲击》 (Journal of Vibration and Shock)

年 卷 期：2022年第41卷第12期

页      面：267-274页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0711[理学-系统科学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 0815[工学-水利工程] 0837[工学-安全科学与工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

基　　金：国家自然科学基金(51709138,51779172) 天津市自然科学基金(16JCQNJC07300) 

主　　题：涡激振动(VIV) 圆柱 两自由度 近壁面 质量比 

摘      要：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。