带机械耦合旋转的圆柱截面流动振荡
流体动力学
2024-07-11 v1
摘要
通过二维数值仿真研究了弹性安装的圆柱流动引起的振动。在跨向流动平移和旋转之间引入机械耦合，形成一种单自由度系统，其中耦合的旋转振荡会影响流体-结构动力学。本文通过改变迢逼速度、耦合半径和相位密度比，探讨了该系统的结构响应。运动耦合引入了旋转引起的剪层层流修饰，以及与耦合力相关的等效惯性效应。本次计算 campaign 采用黏性边界法进行直接数值仿真，黯数为 100。所研究的系统表现出非旋转圆柱典型的锁定现象。然而，运动耦合提供了一种新的 FIV 场景，其中在锁定配置下振幅相对于强迫旋转情况而言被放大。此外，发现锁定条件适用的迢逼速度范围显著扩大。通过本文的分析，确定耦合旋转保证了升力和位移之间相位对齐，以维持锁定条件，使得振幅随迢逼速度无限增长。这本质上是由于旋转剪层和添加质量效应实现的，这些效应防止了振荡频率与真空中系统自然频率的完全匹配。本研究的结果可能为开发具有更大功率输出和更宽优化运行区域的水能发电装置提供新的思路。
引用
@article{arxiv.2407.07522,
title = {Cross-flow oscillations of a circular cylinder with mechanically coupled rotation},
author = {Alessandro Nitti and Giovanni De Cillis and Marco . D. de Tullio},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.07522},
year = {2024}
}