受限圆柱绕流的涡激振动高效流动能量提取

提出一种通过将圆柱限制于两平行板之间来提高经历涡激振动（VIV）的圆柱流动能量提取效率的简易方法。在雷诺数 150 下对高度 H 的平行板通道内圆柱的 VIV 进行二维数值研究以量化该改进。圆柱以弹簧弹性安装，仅能沿通道流动横向自由振动，且固定质量比（m*）为 10。能量提取过程建模为附于圆柱的阻尼器，具有空间恒定的阻尼比（ζ），圆柱质量-阻尼参数（α = m*ζ）在 0 至 1 间取固定值并改变约化速度进行模拟。阻塞比（b = D/H）通过改变通道高度从 0.25 变至 0.5。无约束圆柱所具有的准周期初始分支随阻塞比增大而收缩。提取功率随阻塞比快速增加。在最大阻塞（b = 0.2）时，圆柱提取的最大流动功率比在自由来流速度等于通道平均流速的开域中所提取者大一个数量级。提取最大功率的最优质量-阻尼（α_c）介于 0.2 至 0.3。推导出一表达式以由受限/无约束圆柱的无阻尼响应预测最大提取功率。在假设 α_c = 0.25 下，该表达式可于 ±20% 内预测由本研究及以往数值与实验研究所得实际值的最大功率提取。