基于RANS的圆柱风致涡激振动的CFD数值模拟

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高雷诺数下串列圆柱尾流致涡激振动的机理研究

高雷诺数下串列圆柱尾流致涡激振动的机理研究作者：杜晓庆施春林孙雅慧来源：《振动工程学报》2018年第04期摘要：多圆柱之间的气动干扰常导致结构发生尾流激振。

为进一步澄清双圆柱之间的气动干扰机理，采用大涡模拟（LES）方法，在高雷诺数下（Re=1.4×105）研究了串列双圆柱（圆心间距为1.5～4倍直径）的表面风压分布、气动力系数和Strouhal数等气动性能与流场流态之间的内在关系，研究了上、下游圆柱气动力之间的相关性，从平均和瞬态流场角度讨论了气动干扰效应的流场作用机制，建立了下游圆柱的激励力模型并对尾流致涡激振动进行了算例分析。

研究结果表明：数值模拟得到的气动性能和流场流态与试验结果吻合较好，说明在高雷诺数下大涡模拟方法能准确模拟双圆柱气动干扰现象；随着间距的增大，串列圆柱依次呈现单一钝体、剪切层再附和双涡脱等三种干扰流态；上、下游圆柱气动力之间的相关性会随着流态的不同出现较大波动，双涡脱流态时的升力相关性最强；单一钝体流态时，两个圆柱间隙中的回流会导致下游圆柱受到负阻力的作用；双涡脱流态时，下游圆柱的脉动升力远大于其他两种流态，也明显大于单圆柱，因而下游圆柱发生尾流致涡激振动的可能性最大。

关键词：尾流致涡激振动；串列圆柱；大涡模拟；高雷诺数；流场机理中图分类号：TH311.3；TU352.1文献标志码： A文章编号： 1004-4523（2018）04-0688-10DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2018.04.017引言多圆柱结构在工程中有广泛应用，如缆索承重桥并列索、多分裂导线、烟囱群和冷却塔群等。

多圆柱结构之间的气动干扰会引起结构发生风致振动[1]，特别是处在下游的圆柱会发生多种形式的尾流激振，如尾流致涡激振动、尾流驰振和尾流致颤振[2-3]。

双圆柱结构作为最简单的多圆柱类型，其气动性能和干扰效应得到了较为广泛的研究[4-6]。

但由于双圆柱结构的干扰情况复杂，影响因素众多，其气动干扰效应的流场机理尚未被澄清。

基于功率方程的圆柱体涡激振动研究

基于功率方程的圆柱体涡激振动研究涡激振动是一种重要的流固耦合问题，通常发生在流体经过圆柱体等物体时，因尾流和湍流的作用而产生的激励力，导致物体发生振动。

圆柱体涡激振动在许多领域中都有着广泛的应用，比如建筑工程、风力发电、航空航天等。

为了更好地研究圆柱体涡激振动问题，我们可以基于功率方程来进行研究。

首先，我们需要了解功率方程在涡激振动中的应用。

功率方程是描述振动过程中能量转换的重要方程，可以帮助我们分析涡激振动中的能量转换过程。

在圆柱体涡激振动中，流体经过圆柱体时会受到激励力的作用，使圆柱体发生振动。

这时，我们可以通过功率方程来计算激励力对圆柱体的功率输入，从而了解振动过程中的能量交换情况。

其次，我们可以通过分析功率方程中的各项来探讨涡激振动中的耗散机制。

在圆柱体涡激振动中，由于粘性阻力等因素的存在，能量会不可避免地被耗散掉。

通过功率方程，我们可以计算出振动系统中各个环节的功率损失，从而揭示出耗散机制对振动系统的影响。

另外，我们还可以通过功率方程来优化圆柱体的结构设计。

在实际工程中，圆柱体的结构参数对涡激振动有着重要的影响。

通过分析功率方程，我们可以得出不同结构参数对振动系统能量转换效率的影响，从而指导优化圆柱体的设计方案，减小振动系统的能量损耗，提高系统的性能。

总之，基于功率方程的圆柱体涡激振动研究可以帮助我们更深入地理解振动系统中的能量转换和耗散过程，为优化设计提供理论支持。

未来，在圆柱体涡激振动领域的研究中，我们可以进一步深化功率方程的应用，结合数值模拟和实验研究，探索出更多新颖的振动控制方法，为实际应用提供更好的技术支持。

基于一种固体区域迭代算法的圆柱涡激振动数值计算

基于一种固体区域迭代算法的圆柱涡激振动数值计算章大海;石凡奇;王君;郝木明【摘要】An iteration method is adopted in numerical simulation, to solve the motion of an elastically mounted cylinder of VIV based on Fluent UDF codes. Cases of laminar flow and turbulent flow are conduct-ed respectively, within a range of reduced velocity, and cases with different damping ratios are analyzed. Comparison with experimental data verifies the validity of the method. The resuts show that the lift coef-ficient and the amplitude of the cylinder will transform from multi-frequency oscillation to single frequen-cy oscillation, and the maximum amplitude will decrease as damping ratio increases. Therefore damping ratioζ should be regarded as an independent parameter in addition to the well known mass-damping parameter m*ζ.%利用Fluent平台的用户自定义程序（UDF）以及动网格模型，实现了圆柱运动方程的一种迭代求解算法，分别对层流、湍流状态下，弹性支承圆柱体在一定约化速度下的涡激响应进行了数值模拟，探讨了不同阻尼比对涡激响应的影响。

圆柱横向涡激振动数值模拟研究

圆柱横向涡激振动数值模拟研究摘要：以弹性支撑的刚性圆柱体为研究对象，基于k-w SST湍流模型对亚临界状态下的（Re=10000）圆柱横向涡激振动进行数值模拟，探讨单向流体对圆柱横向涡激振动的影响。

研究圆柱横向涡激振动现象的产生以及边界层对涡激振动的影响，同时观察该工况下圆柱尾流中漩涡脱落形态，从而验证已有的相关理论。

关键词：涡激振动；边界层；漩涡脱落1.引言圆柱涡激振动（V ortex-Induced Vibration，简称VIV）存在于实际工程中的许多领域，特别是随着海洋石油的发展，海洋管道涡激振动而疲劳失效问题越来越受到人们的关注。

过去的几十年，国内外许多专家学者对圆柱涡激振动进行了持续不断的研究，并取得了大量的研究成果。

Williamson & Govardhan.R [1-6]等人在其综述中对近些年来圆柱涡激振动研究所取得的进展做了详细的阐述。

本文通过将圆柱简化成二维的质量阻尼弹簧系统，建立数值模型，研究单向流动下圆柱横向涡激振动的动力响应及圆柱尾流场中漩涡脱落的过程。

基于CFX 软件，采用k-w SST湍流模型对亚临界状态下（Re=10000）圆柱横向涡激振动进行数值模拟研究。

2.控制方程2.1 流体控制方程粘性流动的纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）连续性方程：其中：是流体密度；t表示时间；V表示笛卡尔坐标系下的速度向量场；u、v、w分别表示流体在x、y、z方向上的速度；表示笛卡尔坐标系下的向量算子2.2圆柱运动控制方程将圆柱简化成质量阻尼弹性系统，只考虑圆柱在垂直与流向的升力作用下，系统的控制方程：其中m为圆柱体的质量；c为结构系统的阻尼系数；k为弹簧的刚度系数；表示作用在圆柱上垂直于流向的力，即横向升力3.计算模型设定计算域的设定及网格模型如图3.1a所示，流体域的左侧为inlet边界，单向来流速度0.5m/s；右侧为outlet边界，出口平均压力为0Pa；流体域的上侧、下侧以及圆柱为无滑移wall边界；前后两个面设定为symmetry边界。

基于DES方法的三维圆柱受迫振动数值模拟

基于DES方法的三维圆柱受迫振动数值模拟湛俊华，匡晓峰，赵战华（中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室，江苏无锡 214082）摘要：基于OpenFOAM平台对雷诺数3900下的三维固定圆柱绕流和雷诺数30000下的三维圆柱受迫振动进行数值模拟，对湍流的模拟采用SA-DDES离散涡模型。

针对三维圆柱绕流问题，采用PISO算法耦合求解速度-压力场，对圆柱绕流的基础参数如St数、平均阻力系数和平均升力系数等与试验进行了比较，结果吻合良好。

针对三维圆柱受迫振动问题，采用PIMPLE算法耦合求解速度-压力场，对不同频率下振幅比为0.3的阻力系数、尾涡形态进行了计算，阻力平均系数与实验值相比吻合较好。

关键词：圆柱绕流；受迫振动；SADDES；OpenFOAM，尾涡模型中图分类号：U661.44 文献标识码：A3D numerical simulation for forced oscillating cylinderbased on DES methodZhan Jun-hua, Kuang Xiao-feng, Zhao Zhan-hua(National Key Laboratory of Science and Technology on Hydrodynamics,China Ship Scientific Research Center, Wuxi 214082, China)Abstract: This paper use SA-DDES turbulence model to simulate 3D flow around a cylinder at subcritical Reynolds number 3900 and 3D forced oscillating cylinder at Reynolds number 30000. The PISO algorithms is used to solve equations of velocity and pressure for 3D flow around a cylinder. The computational parameters, such as Strouhal number, time-averaged drag coefficient and so on, show good agreement with the experiment. The PIMPLE algorithms is used to solve equations of velocity and pressure for 3D forced oscillating cylinder, The variations of drag coefficients with the non-dimensional oscillation amplitudes of 0.3 are analyzed also with the wake modes. The time-averaged drag coefficient show good agreement with the experiment.Key words: flow around a cylinder; forced oscillation; SADDES; OpenFOAM; wake model0引言立管涡激振动（vortex-induce vibration）是目前海洋工程领域倍受关注的热点问题。

不同攻角下d形柱体涡激振动的数值模拟

不同攻角下d形柱体涡激振动的数值模拟
本文主要通过数值模拟研究了不同攻角下D形柱体的涡激振动特性。

使用ANSYS Fluent软件对不同攻角下的柱体进行了模拟分析，探究了柱体的谐振现象及其涡激振动特性。

在模拟中，通过调整柱体的攻角，使其分别处于0°、15°、30°、45°和60°五种不同的攻角状态。

针对不同攻角状态下的柱体，研究了其压力系数、流线图、剪应力云图及谐振状态等参数指标。

研究结果表明，不同攻角状态下D形柱体都存在涡激振动，以及当攻角较小时，柱体的涡激振动次数明显较小，而随着攻角增大，涡激振动次数逐渐增多。

此外，随着攻角的增大，柱体的谐振现象也逐渐增多，并出现了更多的震荡模态。

当攻角较小时，柱体发生的谐振频率较低，同时，随着攻角的增大，谐振频率也逐渐增高。

此外，柱体涡激振动引起的剪应力云图显示，柱体表面存在明显的变形和剪切，且随着攻角增加其程度也逐步增大。

流线图显示，柱体后方存在明显的涡流分离现象，随着攻角的增加，涡流分离及明显程度也逐步加大。

综上可知，在不同攻角状态下，D形柱体均存在涡激振动现象，其中柱体的涡激振动次数、谐振频率、震荡模态等参数均随着攻角的变化而发生明显的变化，同时，涡激振动也会对柱体表面造成明显的变形和剪切，且在柱体后方会产生较为明显的涡流分离现象。

该研究结果有利于进一步探究涡激振动现象的机理，同时也为相关工程领域提供了有益的参考。

航空流体力学中的数值模拟方法综述

航空流体力学中的数值模拟方法综述航空工业的发展与进步离不开对空气动力学的深入研究和理解。

而数值模拟方法在航空流体力学中发挥着重要的作用，能够帮助工程师和研究人员更好地了解和预测飞行器的气动性能。

本文将对航空流体力学中常用的数值模拟方法进行综述，包括了雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）、大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）等方法。

首先，雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）是航空流体力学中最常用的数值模拟方法之一。

RANS是基于雷诺应力的平均值的方程组，通过将时间平均和空间平均结合，消除了湍流运动的瞬态性，将湍流问题简化为求解定常的雷诺平均流动。

RANS的优点在于计算量相对较小，适用于许多实际工程问题，并且已经广泛应用于飞机气动性能的研究和设计中。

然而，RANS方法也存在一些局限性，例如对一些湍流问题的模拟能力有限，无法捕捉湍流中的尺度嵌套现象。

其次，大涡模拟（LES）是一种在航空流体力学中较新的数值模拟方法。

与RANS相比，LES能够更好地捕捉湍流中的尺度嵌套现象，通过将流场分解为大尺度和小尺度来提高模拟的准确性。

大尺度由LES方法直接求解，而小尺度则通过模型来估计。

由于LES方法对湍流的精细模拟能力和计算量较大，因此在实际工程应用中还相对较少。

但随着计算机性能和算法的改进，LES方法在航空流体力学领域的应用也在逐渐增多。

最后，直接数值模拟（DNS）是一种基于Navier-Stokes方程的数值模拟方法，与RANS和LES方法相比，DNS方法在航空流体力学中应用较少。

DNS方法通过直接求解Navier-Stokes方程来模拟粘性流体，能够精确地揭示流体中的各种物理现象和细节，但计算量极大，通常只适用于简单的流动情况，如理想化的湍流或湍强迫。

综上所述，航空流体力学中的数值模拟方法主要包括雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS）、大涡模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）等方法。

不同雷诺数下圆柱结构涡激振动的数值模拟

关键词：流固耦合；圆柱结构；数值模拟；模型试验；模态；单相流；横流向；顺流向；漩涡脱落
中图分类号：TB126
文献标志码：A
文章编号：1009−671X(2021)04−0008−06
Numerical simulation of vortex-induced vibration of cylindrical structures with different Reynolds number
550 mm
直圆柱管模型流体域
200 mm
100 mm
(a) 直圆柱管模型及其流体域
弧长550 mm
弯圆柱管模型
100 mm
流体域 R7R0690m9mmm 200 mm
(b) 弯圆柱管模型及其流体域
图1 圆柱管有限元模型参数设置
1.2 网格无关性验证为检验网格划分对当前模型分析结果的影
响，对直圆柱管和弯圆柱管有限元模型进行结构化网格划分，并对 3 种不同数量的网格进行无关性验证，结果如表 1 所示。
Abstract: The vibration response characteristics of cylindrical structures under the action of single-phase flow are of great significance in engineering to the control of flow-induced vibration of cylindrical tubes. The straight cylindrical tube and curved cylindrical tube are numerically simulated and analyzed based on the SST k-ω turbulence model. The straight cylindrical tube and curved cylindrical tube structures with a mass ratio of 3.94 are studied within the flow velocity range of 0.46~2.5 m/s. The in-line flow direction and cross-flow direction vibration responses of the two kinds of cylindrical tube structures are tested under different incoming flow velocities. The numerical simulation results and experimental results of two kinds of cylindrical tube structures under the action of single-phase flow are compared, and the results show that the cross-flow direction amplitude of the finite element model increases gradually in the range of flow velocity, which can better describe the flow-induced vibration characteristics of straight cylindrical tube and curved cylindrical tube, and the cross-flow direction amplitude increases at first and then decreases. In the velocity range of 1.91~2.05 m/s, the vortex shedding frequency increases with the increase of velocity, and is in good agreement with the experimental results, which provides a reference for the study of vortex-induced vibration of cylindrical tube. Keywords: fluid-solid coupling; cylindrical structure; numerical simulation; model test; modal; single phase flow; cross-flow direction; in-line flow direction; vortex shedding

弹性支撑低质量比圆柱涡激振动数值模拟

弹性支撑低质量比圆柱涡激振动数值模拟
徐俊凌;朱仁庆
【期刊名称】《船舶与海洋工程学报（英文版）》
【年(卷),期】2009(008)003
【摘要】随着近海深水石油行业的发展，许多研究人员专注于涡旋诱导的深层立
管振动（VIV）。

在本作本作中，雷诺瓦平均Navier-Stokes（RAN）方程与
SSTκ-ω湍流模型组合，以模拟弹性安装圆柱的流和横向运动，具有低质量比，自然频率比F <，x> / f <，y> = 1和5 300和32 000之间的RE数字。

应用四阶runge-kutta方法来解决气缸的振荡方程。

然后将汽缸速度和参数之间的关系与最近的实验结果进行比较，包括提升系数，阻力系数，位移和涡旋结构，并详细讨论。

在实验中已经观察到本发明的数值模拟再现效果，例如锁定现象，滞后现象和击败行为。

％长年来，随着随着海石油工业的发型，立管的血液启动越受受学学注注。

rans rans方程传播器，并结合SSTκ-ω湍流湍流，对对和流向自然频率比低销量圆柱圆柱圆柱两由度由度进圆柱，计算计算由度为5 300×32 000.一种runge-kutta方法求并合数物理学实验并近对对力分数，阻力次数，位移和尾涡进行了比较和讨论。

了了试验观察的锁定，迟滞，差拍等现象。

【总页数】9页(P237-245)
【作者】徐俊凌;朱仁庆
【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003;江苏科技大学
船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003
【正文语种】中文
【中图分类】O327
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圆柱涡激振动数值模拟研究

圆柱涡激振动数值模拟研究
周国成;柳贡民;马俊;罗巩固
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2010(030)005
【摘要】基于k-ω SST湍流模型研究典型亚临界状态下(Re=3 900)二维圆柱的涡激振动.通过将圆柱简化为不同刚度的质量弹簧系统,并运用CFX的动网格与CEL 功能,研究刚度系数对圆柱涡激振动的影响.研究观察到圆柱涡激振动的自限定现象以及旋涡脱落模态的转变过程,并得到圆柱涡激振动特性随刚度变化的规律.
【总页数】6页(P51-55,59)
【作者】周国成;柳贡民;马俊;罗巩固
【作者单位】哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工程大学动力与能源工程学院,哈尔滨150001;驻431厂军事代表室,辽宁葫芦岛125004;陕西柴油机厂,西安713105
【正文语种】中文
【中图分类】O321
【相关文献】
1.基于改进湍流模型的圆柱涡激振动数值模拟研究 [J], 康庄;张橙;张立健;贾五洋
2.错列角度对双圆柱涡激振动影响的数值模拟研究 [J], 段松长;赵西增;叶洲腾;王凯鹏
3.单双圆柱涡激振动数值模拟研究 [J], 林凌霄;陈威;林永水
4.单双圆柱涡激振动数值模拟研究 [J], 林凌霄;陈威;林永水
5.竖立圆柱涡激振动尖端效应的数值模拟研究 [J], 丁钰;于哲峰;毛玉明;王吉飞;舒忠平
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利用分区ALE算法数值模拟圆柱湍流涡致振动

利用分区ALE算法数值模拟圆柱湍流涡致振动任安禄;王焕然;邵雪明;邓见【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2008(026)004【摘要】用分区算法结合任意拉格朗日-欧拉法(ALE)数值模拟了圆柱湍流涡致振动.求解基于非交错网格系统,压力求解采用压力泊松方程提法,湍流模型采用标准k-ε模型和重整化群(RNG)k-ε模型.计算取中等雷诺数Re=5000、10000、15000、25000、50000等,质量系数M=10.阻尼系数ζ=0.00331,自振频率fn=0.18315、0.1628.计算结果表明:湍流涡致振动下圆柱时均阻力系数大于孤立圆柱绕流,而升力系数(振幅)值都小于孤立圆柱绕流.随着雷诺数增大,湍流粘性系数随之增大,但湍动能和湍流耗散率变化趋势不明显.对孤立圆柱绕流,研究结果与前人实验结果基本相符.【总页数】5页(P544-548)【作者】任安禄;王焕然;邵雪明;邓见【作者单位】宁波大学工业学院,工程力学与材料科学系,浙江,宁波,315211;浙江大学航空航天学院,力学系,浙江,杭州,310027;宁波大学工业学院,工程力学与材料科学系,浙江,宁波,315211;浙江大学航空航天学院,力学系,浙江,杭州,310027;浙江大学航空航天学院,力学系,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】O357.1【相关文献】1.圆柱绕流涡致振动的平面湍流数值模拟 [J], 任安禄;罗雄平;邵雪明;邓见;王焕然2.下游圆柱涡致振动的升阻力特性及涡脱落模态分析 [J], 陈文曲;任安禄;邓见3.正三角形排列三圆柱绕流与涡致振动数值模拟 [J], 徐枫;欧进萍4.ALE方法求解圆柱的涡致振动 [J], 李广望;任安禄;陈文曲5.圆柱近尾迹湍流涡结构的直接数值模拟 [J], 姚军;樊建人;岑可法因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

表面粗糙度对导线风荷载及涡激振动的影响

表面粗糙度对导线风荷载及涡激振动的影响晏致涛;王灵芝;刘军;游溢;孙毅【摘要】输电导线的截面形状对导线的气动力特性有重要影响,其风压占整个输电线路风压的50％～ 70％.采用基于RANS的SSTk-ω湍流模型,对真实粗糙截面和光滑截面导线的气动特性及横向涡激振动进行数值分析,并和试验进行了对比.利用ICEM对流体计算域进行结构化网格划分,采用动网格和滑移网格模型,将计算结构响应的Newmark-3通过UDF代码嵌入FLUENT软件,建立2D圆柱横流向涡激振动的计算模型;通过改变折减风速和雷诺数,研究均匀来流高雷诺数下输电导线的气动力和振动特性.结果表明,考虑导线表面粗糙度后,固定导线的气动力以及斯托劳哈尔数有所降低;导线涡激振动的“锁定”区的范围变广,振动幅值变大;当折减风速为5.766时,粗糙截面涡激振动的峰值振幅达到0.9D;导线的气动力以及涡脱模式也出现较大变化,即导线表面粗糙度对导线的气动特性影响较大.%The effect of cross-section shape of conductors on their aerodynamic characteristics is significant.Their bearing wind pressure is almost 50％ to 70％ of the whole wind pressure of a transmission line.Aerodynamic characteristics and vortex-induced vibration (VIV) of real conductors with rough cross-section and those of conductors with smooth cross-section were analyzed using the numerical simulation method and turbulence model based on RANS.The results were compared with those obtained with the test method.The fluid domain was meshed with ICEM.A 2-D circular cylinder in transverse flow direction's VIV simulation model was established utilizing the.dynamic mesh and sliding mesh model and embedding Newmark-β algorithm for structural response computation into the software FLUENTthrough the user define function (UDF) code.Aerodynamic and vibration characteristics of conductors under uniform flow and higher Reynolds number were studied with the variation of the reduced wind speed and Reynolds number.Simulation results showed that after considering conductors' surface roughness,aerodynamic force and Strouhal number of fixed conductors drop;the range of conductors VIV's "locked-in" region becomes wider and the vibration amplitude becomes larger;VIV amplitude of conductors with rough cross-section reaches 0.9D when the reduced wind speed is 5.766;aerodynamic force and vortex stripping mode of conductors with rough cross-section have larger changes,so the effects of surface roughness on aerodynamic characteristics of conductors are bigger.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)007【总页数】6页(P146-151)【关键词】输电导线;气动特性;涡激振动;数值模拟【作者】晏致涛;王灵芝;刘军;游溢;孙毅【作者单位】重庆科技学院建筑工程学院,重庆401331;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;国网新疆电力公司电力科学研究院,乌鲁木齐830011;重庆科技学院建筑工程学院,重庆401331【正文语种】中文【中图分类】TU311.3作为一种大跨柔性结构，传统输电导线形式大多为由多股铝绞线缠绕在一起的圆形钢芯铝绞线。

倾斜流作用下柔性立管涡激振动的数值模拟

倾斜流作用下柔性立管涡激振动的数值模拟及春宁;邢国源;张力;许栋【摘要】The vortex-induced vibration of a slender flexible riser subjected to an incoming flow with an inclined an-gle of 60° is numerically investigated using in-house code CgLES IBM(a 3D parallel computational fluid dynamics (CFD)code based on the immersed boundarymethod(IBM))and the X-code(an implicit structural dynamics code). The displacement responses of the flexible riser show clear standing-wave characteristics. The power spec-tral density(PSD)of the VIV displacement shows a single-spectrum mode, where most of the vibrating energy is concentrated in a narrow frequency band,and the PSD distribution reflects the vibration modes. The phase differ-ence between in-line and cross-flow vibrations shows periodicity alon g the span of the riser. In addition, a 180° phase shift is observed at the wave-nodes of in-line vibration, and correspondingly, the vibration trajectory shows counter-clockwise and clockwise fight-of-eight patterns. A combined standing-wave and traveling-wave pattern is observed in the space-time distribution of hydrodynamic forces. VIV is excited along most of the span,and is only suppressed in a small region below the wave-nodes of the cross-flow vibration. The wake behind the riser showed an oblique vortex shedding pattern, which leads to traveling-wave features in the space-time distribution of hydrody-namic forces.%针对倾斜角度为60°来流作用下细长柔性立管的涡激振动问题,应用基于浸入边界法的三维水动力并行计算程序CgLESIBM,并结合隐式结构动力计算程序X-code,进行了直接数值模拟.研究发现:柔性立管振动表现出明显的驻波特征,绝大部分的振动能量集中在一个窄频段上.两向振动的相位差沿展向周期性变化,在顺流向振动结点处出现180°的相位切换,振动轨迹也对应出现了逆时针和顺时针"8"字形的变化.流体力的时空分布呈现行波和驻波的混合模式.立管大部分处于激励状态,仅在横流向振动结点以下一定范围内处于阻尼状态.倾斜的尾流导致流体力也呈现出一定的行波特征.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2018(039)002【总页数】8页(P324-331)【关键词】浸入边界法;柔性立管;倾斜流;涡激振动;尾涡模式;能量传递;行波;驻波【作者】及春宁;邢国源;张力;许栋【作者单位】天津大学水利安全与仿真国家重点实验室,天津300072;天津大学水利安全与仿真国家重点实验室,天津300072;天津大学水利安全与仿真国家重点实验室,天津300072;天津大学水利安全与仿真国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】P751细长柔性圆柱体的涡激振动(vortex-induced vibration, VIV)问题常见于土木工程和海洋工程，如受风力作用的悬索和受海流作用的海洋立管等。

不同雷诺数下圆柱结构涡激振动的数值模拟

不同雷诺数下圆柱结构涡激振动的数值模拟1 雷诺数的概念雷诺数（Reynolds Number）是流体力学中备受关注的重要参数，其数值表示流体中流速、密度、运动粘度与流场的特征尺度之间的关系。

雷诺数的大小决定着流道中出现的流动类型，雷诺数大时一般会出现不稳定类型的流动；而雷诺数小则会形成稳定流动。

2 圆柱结构涡激振动涡激振动是指流体在固体作用下而产生的振动，这是一种机械激振现象，其发生的情形有很多种，涉及的科学领域也比较广泛。

圆柱结构涡激振动是指圆柱形物体面临流体流动时,会受到流场作用而产生的振动现象,它是一类常见的激振现象,经常出现在工程上．3 不同雷诺数下圆柱结构涡激振动的数值模拟由于圆柱结构涡激振动的复杂性，商业计算流体力学（CFD）软件一般都可以用于它的数值模拟研究。

研究表明，在不同雷诺数下，圆柱结构所受涡激振动的特性和表现形式也是不同的。

当雷诺数较大时，圆柱结构将受到非稳定涡激振动。

在此类涡激振动中，圆柱结构产生的单位面积动量将随着雷诺数的增大而增大，而圆柱结构的紊流和绕流经常产生高频波动。

为了促进圆柱结构耐腐蚀性能的开发，模拟仿真技术可以通过研究不同雷诺数情况下，流动特性对圆柱结构涡激振动的影响，来预测表面应力与材料摩擦因素的变化。

当雷诺数较小时，圆柱结构将受到稳定涡激振动。

在这种情况下，圆柱结构的法向面积动量有限并且不受外界作用的影响，因而紊流将更少，而且波动也会相对较弱。

在此情况下，数值模拟可以探究稳定涡激振动下结构的变形，随机振动和紊流的发展，以及在低雷诺数下的表面粗糙度如何影响穿透率和控制率等。

因此，不同雷诺数下圆柱结构涡激振动的数值模拟是研究圆柱结构激振现象的重要途径。

运用数值模拟来揭示涡激振动的特性，可以为人们分析复杂现象提供可靠依据，以及有利于工程实现。

二维圆柱涡激振动数值模拟中湍流模式适用性的探讨

二维圆柱涡激振动数值模拟中湍流模式适用性的探讨曾攀;袁德奎;杨志斌;刘长根【摘要】Single-degree-of-freedom vortex induced vibration with the low mass ratio was simulated by using the combination of RANS method and four turbulence models,and its applicability of them was ana-lyzed.The equations of motion were discrete by using the four order Runge-Kutta ing dynamic mesh technique,this study analyzed the grid motion generated by circular cylinder oscillating.The treat-ment of wall conditions was analyzed in detail for the adaptability of turbulence model.According to Wil-liamson flume experiment,the performance for each of the four models was analyzed in terms of the am-plitude ratio and frequency ratio,hydrodynamic coefficient and phase mutation,modes of vortex formation and so on.The result showed that the results from Standardκ-ωmodel is very different those from the ex-periment.The Realizable κ-εmodel which is rarely used in related studies can also play a significant role. The maximum amplitude of the k-ω series models(0.55D)is less than that of the k-εseries models (0.87D).The SSTκ-ωmodel and twoκ-εmodels can all reflect the separation of oscillation frequency and vortex shedding frequency,and the SST κ-ω model is closer to the experimental results relative to the other two.In terms of vortex shedding mode,the SST κ-ω model is consistent with the experimental re-sults in each branch.All in all,each model has advantages and disadvantages for different physical phe-nomena.%采用 RANS结合4种湍流模型对低质量比单自由度涡激振动进行数值模拟,对比分析其对该问题的适用性.用四阶 Runge-Kutta 法离散运动方程,基于动网格技术处理圆柱振荡引起的网格运动,并对壁面条件的处理进行了细致分析.根据 Williamson水槽实验,从振幅比、频率比响应、水动力系数及相位突变、尾涡模式等方面对比分析了4种模型的性能和表现,结果表明Standard κ-ω模型与实验差异较大;目前本类研究中运用较少的 Real-izableκ-ε模型也是可以适用于涡激振动计算的;κ-ω系列模型得到的最大振幅(0.55D)小于κ-ε系列模型的结果(0.87D);SST κ-ω模型以及2种κ-ε模型都反映出锁定区振动频率fex与泄涡频率fst分离,其中SST κ-ω模型较为接近实验结果;尾涡模式上,SST κ-ω模型在各个分支与实验结果一致;总之,各种模型针对不同物理现象各有优势和缺陷.【期刊名称】《海洋科学进展》【年(卷),期】2018(036)001【总页数】12页(P55-66)【关键词】涡激振动;低质量比;湍流模型;数值模拟【作者】曾攀;袁德奎;杨志斌;刘长根【作者单位】天津大学机械工程学院力学系,天津300354;天津大学机械工程学院力学系,天津300354;天津大学机械工程学院力学系,天津300354;天津大学机械工程学院力学系,天津300354【正文语种】中文【中图分类】P751圆柱(如深海柔管)的流致涡激振动(Vortex Induced Vibration,VIV)是海洋工程领域中一类常见而又重要的现象。

高Re数弹性支撑圆柱的涡激振动数值分析

高Re数弹性支撑圆柱的涡激振动数值分析
周军伟;闫文辉;杨天福;梅蕾;郭彬;于东
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2022(44)15
【摘要】本文开展较高Re数下圆柱的涡激振动特性研究,以水为介质,基于
Fine/Marine求解器,实现圆柱涡激振动现象的水动力及刚体运动的数值耦合求解,得到了4个质量比下的圆柱振幅趋势曲线。

结果表明,选用的4个质量比对振幅变化趋势的影响较小。

同时,对所得曲线中的不同分支进行分析,并对比现有低Re数下的研究结果,表明振幅趋势曲线在较低折合速度下出现了一个新的分支,其尾涡结构表现为2P模式,称为“左分支”;在较高折合速度下,上分支得到延伸,但相比原上分支,尾涡结构发生了明显的变化。

【总页数】6页(P32-36)
【作者】周军伟;闫文辉;杨天福;梅蕾;郭彬;于东
【作者单位】哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院;北方工业大学机械与材料工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】P751
【相关文献】
1.弹性支撑低质量比圆柱涡激振动数值模拟
2.高雷诺数下圆柱顺流向和横向涡激振动分析
3.低雷诺数下弹性圆柱体涡激振动及影响参数分析
4.高雷诺数下串列圆柱尾流致涡激振动的机理研究
5.振荡流中圆柱体横流涡激振动特性数值分析
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