振荡来流频率对低雷诺数圆柱涡激振动的影响

摘要

为探究非零均值振荡来流对圆柱涡激振动的影响，针对不同振荡频率，模拟了圆柱的涡激振动响应及绕流特征。利用流场模拟程序，分别开展了均匀流工况、叠加高、低频率振荡来流工况的数值模拟，对比分析了不同来流条件下圆柱的位移响应、升阻力系数变化规律及涡场形态差异。结果表明：在高频振荡来流条件下，圆柱的涡激振动响应与均匀来流工况相似，位移幅值保持恒定且与升力系数同相位，涡脱落频率与结构固有频率接近；低频振荡来流会使圆柱位移时程呈现周期性“增大—减小”的波动特征，其位移均方根值及峰值较均匀来流显著降低，且升力系数曲线与位移曲线存在反相位时段，进而有效抑制了结构振动。此外，振荡来流会显著改变圆柱尾部的涡脱落形态，导致流场结构与均匀流工况存在明显差异。

关键词

振荡来流 / 涡激振动 / 低雷诺数 / 数值模拟 / 流固耦合