具有不同周向位置U型凹槽的圆柱涡激振动特性数值模拟研究

基于CFD和CSD的双向流固耦合方法和重叠网格法对裸圆柱和U型凹槽圆柱涡激振动特性进行数值模拟研究,对比分析不同周向位置凹槽对圆柱振动响应、振动频率、水动力系数以及尾流旋涡脱落模式的影响,探明不同周向位置凹槽对圆柱涡激振动产生抑制或促进作用的约化速度范围.研究结果表明,45°凹槽在低约化速度U*=2.0～8.0内能有效降低圆柱的横流向振动和升力幅值,而在高约化速度U*=9.0～14.0内,将增大圆柱横流向振动和升力幅值;90°凹槽在U*=7.0～11.0内能显著降低圆柱横流向振动幅值,而在U*≥12.0时,圆柱横流向振动幅值逐渐增大并大于裸圆柱,且振动响应主要表现为多频、宽频振动特征;135°凹槽圆柱横流向振动幅值整体上大于裸圆柱,升力系数均方根和阻力系数均值的变化规律与裸圆柱相似;45°、90°和135°凹槽圆柱阻力系数均值与裸圆柱相比分别降低28.39％、35.80％和6.79％.45°和135°凹槽圆柱尾流旋涡脱落模式与裸圆柱相似,均存在SS、2S、2T以及2P模式,在90°凹槽圆柱尾流旋涡脱落中没有发现2T和2P模式,但存在2C模式.