涡激振动PPT课件

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源自文库
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研究方法
数值方法 振动问题。对于数值模拟方法，按照所使用湍流 模型的不同，可以将涡激振动的数值模拟方法分 为:直接数值模拟方法，雷诺平均N-S方程法，大 涡模拟法，涡元法，还有基于上述各种方法的综 合。按照模拟方式的不同又可以分为基于弹性支 撑的刚体二维模拟，基于弹性体二维涡元模拟和 三维结构插值积分的离散涡元法模拟，以及对于 弹性体完全使用三维模型的全流域模拟等等。
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我们熟知的风力发电机是这样：
如此无齿之风电机你见过吗？这是西班 牙一家叫作Vortex Bladeless的公司，设 计风力发电机这些棒棒是如何发电的呢？ 高大粗壮、木秀于林的钝体迎风招展， 但其表面却并没有防止涡街形成的肋片， 因为它要的就是涡激振动。
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不难想见，这种像集体磕摇头丸的发电方式，其最大优势
剪切层是不稳定的，当惯性力远大于粘性力/表面张力/地 球引力时，剪切层即崩坏形成漩涡。这样的作用下，水流 显得更加湍急闹心了。如果流速够快，或者李白大侠内力 够强御剑划水的话，或许还能够看到涡街（vortex street） 现象。
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当漩涡脱离固体的时候，由于非对称性，固体将受到侧向力。涡街 是有规律的周期性现象，也就是说漩涡的形成和这个侧向力的作用， 是具有一定频率的。而固体结构本身也有自然频率，当这两个频率 接近时即发生共振（resonance）。
涡激振动
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风的振动
按响应的性质来看
抖振 涡激振动 自激振动
驰振 颤振
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李白今天心情不爽，掏出随身携带 的管制刀具砍水，砍完之后还是不 爽，把刀往水里一插，开始思考人 生。 然后机智的李白发现，刀插进水里， 水流不仅没有放缓，反而更加湍急 了，于是他写下了“抽刀断水水更 流”。
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这是一个钝体绕流问题。如上图，在边缘（刀刃）处水拐 不了那么大弯继续向前，并且由于受到压缩速度变快了， 这就与钝体下游原本的流场形成了剪切层（shear layer）。
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研究方法
半经验方法 半经验公式主要有尾流阵子，单自由度模型，流 体力组分模型。
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研究方法
流固耦合数值计算软件
Ansys+CFX Fluent+Abaqus Adina
通过以上方法进行研究，我们基 本就可以做到“最摇摆”了 O(∩_∩)O~~
COMSOL Multiphysics(FEMLAB)
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这座桥叫塔科马海峡吊桥 （Tacoma Narrows Bridge），非 常有名，它有名是因为它塌了。 塌的原因就是那天的风很邪乎， 吹出来的泄涡频率跟桥的结构频 率正好差不多，共振，毁了。 所以这个涡激振动，是个重点防 范对象。
所以很多长期树大招风的细长物
件，其表面都不是光滑的。都有
螺旋状的肋条结构，其目的是打
类风机可以布置的更加密集，
也算是一种补偿。如此，避
之不及的涡激振动现象，就
变成了生产力，岂非“反者道
之动，弱者道之用”乎。
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研究方法
目前，主要的研究方法有三种：
实验方法
数值方法
半经验公式
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研究方法
实验方法 泻涡脱落引发的涡激振动是一个多物理场祸合， 相互作用的复杂过程。需要具有一套完整物理实 验方案和精密的实验仪器可以把所有的涡激振动 相关机型同步观测，以测定其联合效应。物理实 验往往很难同时提供流体的瞬时变化数据。
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固体在流体漩涡作用下而产生的振动，称为涡激振动（Vortex Induced Vibration），简称VIV
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涡激振动的概念
从流体的角度来分析，任何非流线型物体，在一定的恒定流 速下，都会在物体两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡。 对于海洋工程上普遍采用的圆柱形断面结构物，这种交替发 放的泻涡又会在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉 动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，或者柔性管体允许发 生弹性变形，那么脉动流体力将引发柱体(管体)的周期性振 动，这种规律性的柱状体振动反过来又会改变其尾流的泻涡 发放形态。这种流体一结构物相互作用的问题被称作“涡激振 动”。
乱漩涡脱落的周期规律——阻止
涡街的形成。只要没有特定的频
率，就不会产生共振，常态下的
侧向力还是可以接受的
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塔
形
钻井平台的基座
建
筑
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海底缆绳
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涡激振动这种现象难道只有坏处没有好处吗？《老子》讲 “水善利万物而不争”难道是假的吗？当然不是假的，还真有 动物是靠涡激振动活的，就像海豹。
鱼在水中游泳，不断地滑动，产生特定频率的扰流。显然，鲨 鱼和金鱼肯定不在一个频道上，每个鱼一种不串台。海豹的胡 须（见顶端题图）就是一个探测器，对其食物鱼种的频率特别 敏感，敏感的原因就是胡须的共振频率与该鱼的尾迹频率接近。 所以给海豹刮了胡子，它就饿死了；同样也可以通过制造这种 频率来吸引海豹。
就是便宜。因为最贵最麻烦的传动系统没有了，而且传动
系统也是最容易坏最需要维护的部件。能量的来源就是漩
涡产生的振动机械能，再通过底座的转换器变为电能。根
据其官网数据，可以节省近半甚至更高的成本
（然而他们目前还在融资阶
段，所以这些数字都不能尽
信。）
当然从单机效率上势必也要
低于传统叶片驱动式风机，
不过因为少了叶片，使得此