大跨桥梁主梁涡激振动研究进展与思考

大跨桥梁主梁涡激振动与控制属桥梁工程核心技术难题，亦为桥梁抗风设计理论有待深入解决的关键科学问题。为推动大跨桥梁主梁涡振理论与应用研究的进一步发展，系统梳理国内外针对该问题的最新进展与前沿热点。首先总结现场实测、风洞试验、计算流体力学及理论分析4种常用研究手段及其适用条件，然后从主梁断面涡振驱动机理、涡振影响因素、三维全桥涡振计算方法及主梁涡振控制4部分回顾国内外最新研究进展，最后从试验与测试技术、理论分析、主梁涡振控制3个角度探讨大跨桥梁主梁涡振研究的发展趋势。结果表明：大跨桥梁主梁涡振研究在流体-结构耦合特性模拟、三维全桥涡振性能预测、实桥涡振控制等方面尚存在一些技术难题有待进一步探索；近年来围绕新型观测设备和试验技术、高精度气动力降阶模拟和人工智能手段、主动气动控制措施和新型被动机械措施方面出现了一些新的发展趋势，有较大的细化和深入研究的空间。     

高速铁路大跨度桥梁涡激振动振幅限值研究

为研究适用于大跨度铁路桥梁的涡振振幅限值,基于我国现行铁路规范和养护维修规则中的相关规定,提出了基于车体加速度峰值及其变化率的铁路桥梁竖弯涡振振幅限值和基于车体加速度及最大倾角的扭转涡振振幅限值建议取值.经研究建议:①加速度峰值不超过0.4 m/s2;加速度变化率限值对于列车速度低于和高于300 km/h时分别取0.2...     

53000t散货船节能优化的改造技术研究

为有效提升53000 t散货船的能效水平,降低运营碳强度,通过建立对船+桨前节能装置+高效桨+舵整体系统相互干扰的流场、阻力和自航性能预报的CFD技术体系,对原船螺旋桨进行优化设计,并开发出与新设计桨相互匹配的前置伴流导轮和消涡鳍2个附体节能装置,分别起到改善螺旋桨进流及消除螺旋桨尾部毂涡的作用.船模试验表明:通过本次...     

列车绕流的瞬态与稳态数值模拟对比

采用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）和基于雷诺平均（Reynolds Average Navier-Stocks,RANS）的SST（Shear Stress Transport）k-ω湍流模型,分别对高速列车单车明线运行进行瞬态和稳态的仿真计算,通过与实车测试数据比较对数值模拟进行了验证.对比分析LES和RANS的计算结果发现：对于车头表面测压点,LES和RANS都能给出高精度的计算结果,且LES的瞬态计算结果表明,表面压力最大值在一个很宽的范围内波动;对于列车绕流结构,LES较RANS表现出更强的小尺度涡的捕捉能力,尤其表现在复杂的尾流区;通过气动力系数的傅里叶变换分析了波动的频域特性.LES在较复杂列车模型外流场模拟中的高计算精度,及其广泛的结果信息可以为列车的系统耦合设计提供可靠的数据参考.     

两种典型立柱截面涡激运动的分析研究

文章引入雷诺平均法求解NS方程结合SST k-ω湍流模型对两种典型立柱截面限制流向和不限制流向的涡激运动进行了数值模拟和实验对比。采用GAMBIT软件分区建立计算网格,立柱和流场的流固耦合通过计算外部流场作用于柱体的瞬时升力和拖曳力,将求解运动微分方程的四阶Runge-Kutta代码嵌入UDF求解器中,并运用动网格技术实现流场更新。研究发现,在约化速度从2到15范围内限制流向及不限制流向下圆柱横向横幅皆约为方柱的2.5倍,圆柱振幅曲线在限制流向和非限制流向均出现了跳跃现象,而方柱振幅在限制及不限制流向下皆表现为连续。限制流向下圆柱进入频率锁定区域比不限制流向下略快,而脱离锁定区域时约化速度基本相同。不限制流向下圆柱和方柱流向平衡点位移随约化速度线性增大,流向最大幅值均为0.15D左右,但振幅走势完全不同。最后对“相位开关”、“反相”、涡脱结构形式等进行了分析和讨论。     

基于修正RNG k-ε模型的叶片泵非设计工况数值模拟

对于非设计工况下流体机械的流场计算,由于其偏离设计工况,分离流动严重等特点,使得用普通的湍流模型数值模拟精度不高。本文采用一种将涡粘性系数Cμ与湍流脉动动能和湍流耗散率的变化相关联的方法,对RNG k-ε湍流模型进行修正。为验证其对非设计工况下叶片泵的预测精度,分别采用修正模型和原始RNG模型,数值模拟了一比转速为439的叶片泵的内部流场,得到了其扬程、效率曲线及在典型工况下的内部流场流线分布。通过比较改进前后RNG湍流模型的数值计算结果,并与实验结果对比,得出修正RNG模型更能准确预测出非设计工况下叶片泵的流场特性。     

基于Lighthill声类比的流激噪声三维计算及验证

随着舰艇管路系统中阀门、泵及弯管等部件流激噪声问题的日益突出,水动力流激噪声数值计算方法逐渐受到关注。针对阀门的流动诱导噪声问题,文章结合大涡模拟和Lighthill声类比理论,建立了流激噪声混合计算方法并对类阀空腔模型进行了数值模拟和验证。首先,流场采用大涡模拟计算了低马赫数下三维类阀空腔模型的非定常流动。然后,将流场计算结果导入ACTRAN,通过ACTRAN中基于有限元/无限元的Lighthill声类比理论对流噪声进行求解。最终将流激噪声计算结果与声学试验进行了对比分析。对比结果表明,该流激噪声混合计算方法可行且计算结果可靠,可应用于水动力噪声的研究。     

舰船尾流大涡模拟方法

针对舰船尾流直接数值模拟方法(DNS)耗时长、存储空间大等缺点,利用三维大涡模拟方法(LES)建立舰船尾流场控制方程,结合实船的初始边界条件,对流场在3个方向的速度及压强分布进行大尺度数值模拟分析。结果表明,流场中存在对称面,各变量相对其呈对称分布;流向速度呈指数形式衰减;展向速度分布具有三角函数的周期性特点。该方法计算效率较高,占用空间较少。     

均匀流作用下双柔性异管径立管响应特性试验研究

本文进行了不同水动力外径双柔性立管的均匀流干涉试验研究.试验中双管布置形式分别为并列形式、串列形式和交错形式,其中并列形式及交错形式双管壁面间距为3D～5D,串列形式壁面间距为3D～8D,两立管对应雷诺数分别为8500和5400.试验采用布拉格分布光纤采集立管表面应变时历信息,进一步通过模态叠加法重构立管涡激振动位移响应.同时,本文分别对两立管横流向沿管长方向的位移RMS值和振动频率,以及横截面位移轨迹和顺流向位移最大值进行了分析研究.研究结果分析表明,并列形式两管发生干涉影响的范围与管径大小有关,管径越大干涉范围越大;交错形式下,处于尾流中的立管同时受到涡激振动和尾流诱导振动的影响;而串列形式某些管间距布置形式下,处于尾流中的立管主要受尾流诱导振动的影响.