發(fā)布時(shí)間：2017-12-12 11:02

  本文關(guān)鍵詞：低雷諾數(shù)下串列多圓柱流致振動(dòng)的數(shù)值模擬及其機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 低雷諾數(shù) 串列三圓柱 流致振動(dòng) 浸入邊界法

【摘要】：海流和潮汐等潮流能為人類提供大量的清潔可再生能源。在過(guò)去的數(shù)十年中，許多研究者致力于潮流能利用裝置的研究開發(fā)。全球范圍內(nèi)，海流流速普遍較低（1.5m/s），傳統(tǒng)的利用葉片旋轉(zhuǎn)發(fā)電的潮流能利用裝置無(wú)法啟動(dòng)。為了利用廣泛分布的低速海流，密歇根大學(xué)的M.M. Bernitsas和K. Raghavan研發(fā)了一種新型海流能利用裝置——Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy，，簡(jiǎn)稱VIVACE。VIVACE裝置采用一種全新的方法來(lái)收集海流能，即：基于圓柱（群）在水流作用下所發(fā)生的流致振動(dòng)來(lái)提取海流能，并通過(guò)增強(qiáng)圓柱（群）流致振動(dòng)的振幅和速度以獲得更高的能量利用率。然而，目前對(duì)圓柱（群）流致振動(dòng)的研究較少，尚未形成系統(tǒng)的理論體系，制約了VIVACE海流能利用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文以VIVACE海流能利用為工程背景，針對(duì)串列三圓柱的流致振動(dòng)開展研究，并結(jié)合已有的研究成果，對(duì)圓柱（群）流致振動(dòng)的內(nèi)在機(jī)理給出更加合理、深入的解釋。 本文所使用的程序?yàn)榱鞴恬詈喜⑿杏?jì)算程序CgLes_IBM，該計(jì)算程序具有二階時(shí)間和空間精度，對(duì)流動(dòng)的直接數(shù)值模擬和嵌入式迭代浸入邊界法進(jìn)行了結(jié)合。 本文主要研究?jī)?nèi)容為低雷諾數(shù)（Re=100）條件下，串列三圓柱流致振動(dòng)的數(shù)值模擬及其機(jī)理的研究。三個(gè)圓柱均只能沿橫流向自由振動(dòng)，且均為剛性材料，質(zhì)量比為m*=2。為使圓柱振動(dòng)有更大振幅，將結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)設(shè)為0。三個(gè)圓柱為等間距布置，并考慮4個(gè)不同的順流向圓柱間距比L/D=2.0、3.0、4.0、5.0，折合流速的范圍取為U r=3~10。數(shù)值模擬的結(jié)果主要包括三個(gè)圓柱所受的升力、阻力以及橫流向振動(dòng)位移。對(duì)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行分析得到了圓柱無(wú)量綱脫渦頻率、鎖定區(qū)間、升阻力系數(shù)和橫流向位移隨間距比和折合流速的變化特性。本文還給出了圓柱升力與橫流向位移間的相位差和三個(gè)圓柱橫流向位移間的相位差，并指出升力與橫流向位移間的相位差在折合流速為=8~10時(shí)會(huì)發(fā)生180°的跳躍，即相位開關(guān)。在串列三圓柱流致振動(dòng)的尾流區(qū)發(fā)現(xiàn)了復(fù)雜的尾流模態(tài)，并分析了尾流模態(tài)對(duì)圓柱受力及位移響應(yīng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P743

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 宮兆新;魯傳敬;黃華雄;;虛擬解法分析浸入邊界法的精度[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2010年10期

2 林勇剛;李偉;劉宏偉;馬舜;;水下風(fēng)車海流能發(fā)電技術(shù)[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2008年07期

本文編號(hào)：1282232