高雷诺数下质量比对圆柱涡致振动影响分析

摘要

涡致振动分析可为柔性结构抗风研究与工程应用提供重要理论依据。采用基于非平稳雷诺均值Navier-Stokes方程(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, URANS)的数值方法模拟了高雷诺数、高质量比条件下单向自由度圆柱的涡激振动。在改进的剪切应力输运k-ω(Shear Stress Transport, SST k-ω)模型基础上，运用动网格技术实现流固耦合，并结合Newmark-β方法求解结构运动方程。在雷诺数为1.39×10～4～1.04×10～5、折算速度为2～12的条件下，模拟分析了圆柱在不同折算速度时的涡激振动响应，得到了不同质量比时圆柱涡激振动的振幅比、振动频率比、升力系数等的变化特点，讨论了圆柱振动响应和旋涡脱落特性，分析总结了高雷诺数下不同质量比的圆柱涡激振动特性规律。结果表明：数值结果与已有试验的吻合程度较好；雷诺数和质量比对圆柱的涡激振动影响效果明显，对进一步分析圆柱涡致振动具有参考意义。

关键词

涡激振动 / 雷诺数 / 质量比 / 折算速度 / 流固耦合