静水中并列与串列布置振荡圆柱对的流体力与涡结构

在海洋工业中几乎随处可见振荡流中圆柱体的模型，例如 LNG 船液体舱中经历晃荡载荷的泵塔。然而，相较于均匀流中圆柱体的问题，振荡流中圆柱体的研究较少，更不必说多个圆柱体。因此，我们通过实验与数值方法研究了两个相同圆柱在静水中以并列或串列布置振荡的情形，涵盖了宽广的 Keulegan-Carpenter 数与 Stokes 数 $\beta$ 范围。实验结果表明，由于不同布置下多结构之间的干涉，静水中振荡圆柱对的流体动力性能发生显著改变。具体而言，与单圆柱情形相比，当两个圆柱以小间隙比并列放置时阻力系数大幅增强，而串列布置的双圆柱则获得更小的阻力系数与振荡升力系数。为揭示导致显著流体力变化的详细流动机理，数值模拟提供了精细的流场可视化：并列布置下两圆柱间的小间隙会产生强间隙射流，增强能量耗散并增大阻力；而串列布置下由于流动阻塞效应，阻力系数减小。