湍流通道流中板的响应：流固耦合分析

本文对摩擦雷诺数分别为180和400的湍流通道流激励下的矩形板进行了仿真。流固耦合假设为单向耦合，即流体影响固体，反之则不然。我们在流体域中使用有限体积直接数值模拟求解不可压缩Navier-Stokes方程。在固体域中，我们使用时域有限元方法求解动态线性弹性方程。获得的板平均位移谱在低频区域以外尺度归一化时发生塌缩。然而，高频谱级在内尺度单位下并不塌缩。我们利用理论论证解释了这种谱行为。我们进一步使用一种新颖的公式研究了板激励的来源。该公式将板的平均位移谱表示为来自通道内流体源的积分贡献。对净位移源的分析表明，在板的固有频率处，流体源对板激励的贡献在缓冲层达到峰值。相应的壁面法向宽度约为$\approx 0.75\delta$。我们使用净位移源的谱本征正交分解（POD）分析了源的去相关特征。我们在具有对称正定核的内积中强制模态的正交性。主导的谱POD模态贡献了整个板的激励。来自不同壁面法向区域的其余模态的贡献发生相消干涉，导致净贡献为零。主导模态的包络进一步表明，贡献的位置和宽度分别取决于内尺度和外尺度单位。