被動控制下鈍體渦致振動強化機制與馳振產生機理研究

《被動控制下鈍體渦致振動強化機制與馳振產生機理研究》是依託重慶大學，由丁林擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：被動控制下鈍體渦致振動強化機制與馳振產生機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：丁林
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

流致振動是自然界和工程領域中普遍存在的一種流固耦合現象，其流固耦合過程非常複雜，涉及許多科學上的難題，一直是國際前沿研究熱點之一。渦致振動和馳振是最為常見的兩種流致振動現象，目前對於較低折減速度下渦致振動向馳振轉變的機理尚不清楚，存在大量的問題亟需進一步深入研究。本項目採用數值模擬和實驗觀測相結合的方法，研究被動控制下鈍體渦致振動強化機制與馳振產生機理，明確鈍體各個振動分支的基本特徵及其與尾跡旋渦結構的關係，分析粗糙表面對鈍體渦致振動的影響，提出渦致振動的控制方法及其強化措施，認知被動控制下強化鈍體渦致振動的物理機制，進而在較低折減速度下實現渦致振動向馳振的轉變，揭示馳振產生機理，激發流體中物體極限振動潛能，探索利用低速流動能的合理途徑。研究結果對於豐富和發展流固耦合動力學理論及流致振動的控制與利用方法具有非常重要的學術價值，同時對推動可再生能源利用技術和國民經濟的發展具有重要意義。

結題摘要

在許多與流體有關的機械與工程中，流致振動是一個涉及安全性的重大問題，其流固耦合過程非常複雜，涉及許多科學上的難題。本項目採用數值模擬和實驗觀測相結合的方法，研究被動控制下鈍體渦致振動強化機制與馳振產生機理。主要結論如下：（1）獲得了被動控制單圓柱流致振動回響特徵及尾流旋渦演變規律，觀察到振動回響曲線出現渦致振動初支、上支和馳振三個分支，每個振動周期脫落的旋渦數量隨著來流速度上升而增加，尾流旋渦形態隨振動分支的切換而變化。（2）鈍體截面形狀對流致振動產生明顯影響，被動控制圓柱和類梯形柱的邊界層分離點位於鈍體前端，邊界層的分離點對鈍體受力影響較大，在相同來流條件時，粗糙表面圓柱和類梯形柱的流致振動回響均強於其他形狀鈍體。（3）鈍體尾流區安裝分隔板時，當板長大於4.75D（D為鈍體特徵尺寸）時，分隔板將完全阻斷剪下層之間的相互作用，鈍體振動被抑制；彈性分隔板可隨鈍體振動而發生振動形變，採用壓電片作為彈性分隔板可有效收集低速流動能。（4）得到了間隙距離對串列排列雙鈍體流致振動的影響規律，對於間距大於2D的串列雙圓柱，上游圓柱振動回響不受下游圓柱的影響；間距大於3D時，下游圓柱馳振區域與其渦致振動上支並沒有明顯的過渡點；對於串列雙方柱，柱體流致振動在間距4D時得到加強，上下遊方柱達到最大振幅。（5）鈍體產生渦致振動的激勵機制是基於旋渦的交替脫落引發的振盪升力；當振動由渦致振動向馳振過渡時，旋渦脫落形態隨之改變，振動激勵機制也隨之變化；馳振發生時，在旋渦形成過程中，分離剪下層被拉伸到幾乎垂直於來流方向，使鈍體受到的升力急劇增大，造成系統負阻尼引起的升力不穩定性是激勵高振幅低頻率馳振的主要原因。研究結果對於豐富和發展流固耦合動力學理論及流致振動的控制利用方法具有非常重要的學術價值。