雷诺数对于方柱流致振动能量收集系统的影响

作     者：韩鹏 潘光 黄桥高 施瑶 HAN Peng;PAN Guang;HUANG Qiaogao;SHI Yao

作者机构：西北工业大学航海学院陕西西安710072 西北工业大学水下无人运载工信部重点实验室陕西西安710072 巴黎综合理工力学院法国巴黎91128 

出 版 物：《西北工业大学学报》 (Journal of Northwestern Polytechnical University)

年 卷 期：2020年第38卷第5期

页      面：928-936页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(51979226,51709229) 国家重点研发计划(2016YFC03031300)资助 

主　　题：涡激振动 驰振 海流能能量捕获 雷诺数 方柱 

摘      要：在来流作用下,相较于圆柱,方形柱体会发生更为明显的振动响应,其具备良好的海洋能量收集特性。针对方柱流致振动能量收集系统展开数值模拟研究,结合SST k⁃ω湍流模型求解URANS方程来获得流场信息,并通过Newmark⁃β方法求解固体振动方程。计算方法与实验数据及其他仿真模拟结果进行了对比,取得了良好的一致性。文章所选取的雷诺数范围为24000~160000,相应折合速度为3Ur20。结果表明,雷诺数对方柱的频率响应、振幅响应、脱涡模式以及能量获取效率均有不可忽视的影响。当雷诺数为88000时整个系统能量收集效率最高,为7.156%;在雷诺数大于120000后,方柱由涡激振动转向驰振,其振动响应及能量收集特性发生大幅变化,在雷诺数超过144000后方柱进入完全驰振状态。