低雷诺数下圆柱横向受迫振荡和涡激运动的数值分析

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1、上海交通大学硕士学位论文低雷诺数下圆柱横向受迫振荡和涡激运动的数值分析姓名：梁亮文申请学位级别：硕士专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：万德成20090201上海交通大学硕士学位论文摘要化的影响，还对Re=200，300和500的均匀流中三维圆柱体受迫振荡进行数值计算分析，计算得到的结果表明在一定振幅情况下圆柱体受迫振荡会抑制三维特性的出现。最后本文对弹性支撑圆柱的涡激运动响应特性进行数值分析。涡激运动圆柱系统简化为弹簧－质量－阻尼系统，柱体的运动控制方程通过经典的四阶Runge-Kutta法离散求解。首先采用实验参数对雷诺数

2、Re=90~150的均匀流场中二维弹性支撑圆柱涡激运动进行数值计算，分析了弹性支撑圆柱涡激运动响应特性，成功捕捉到了圆柱涡激运动发生锁定、拍频以及相位变换等现象，同时还详细地分析了低雷诺数下涡激运动圆柱位移、升阻力系数、圆柱尾流的泻涡频率及泻涡结构随雷诺数变化的情况。随后通过对不同质量比和阻尼因子圆柱运动系统进行计算，分析了质量比以及质量比阻尼组合参数对弹性支撑圆柱涡激运动响应特性的影响。数值计算结果表明弹性支撑圆柱涡激运动最大振幅值取决于质量比阻尼组合参数，而当质量比阻尼组合参数为常数时质量比则对发生锁定现象的范围起决定作用。最

3、后还对三维弹性支撑圆柱体涡激运动进行数值计算，研究低雷诺数下三维圆柱体运动响应特性以及运动圆柱体尾流中泻涡的三维特性。本文数值计算得到了低雷诺数下圆柱横向受迫振荡和弹性支撑圆柱涡激运动一些基本的物理特性，同时对流体与运动结构物之间的耦合作用有了一定了解，为进一步研究海洋立管涡激振动响应特性奠定了基础。关键词：流固耦合，动网格，受迫振荡，涡激运动，Fluent第II页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTNUMERICALANALYSISOFFORCEDOSCILLATIONANDVORTEX-INDUCEDMOTIONOFCIR

4、CULARCYLINDERINCROSSFLOWWITHLOWREYNOLDSNUMBERABSTRACTWiththeoffshoreoilandgasindustrystridingforwardtodeepsearapidly,moreandmorepivotalcomponentsofthecircularcylindershaperepresentatedbymarinerisersarewidelyusedintheoffshoreplatformandsubseapipelinesystems.It’sofgreat

5、practicalsignificancetocarryouttheresearchofforcedoscillationandvortex-inducedvibration(VIV)ofcircularcylinderinthefieldofoceanengineering,sincevortex-inducedvibrationsandthefluid-structureinteractioncouldcauselargestressesandpotentialfatiguedamagetothemarinestructure

6、s,andalsoreducetheirperformancefunctionsandaffectthesafetyandcapabilityofsuchsystems.TheproblemofoscillationandVIVofcircularcylinderisattractingincreasingattentionfromfluidmechanicsresearchersaswellasstructuralengineers,andtherapiddevelopmentinnumericalmethodsandhardw

7、areperformancehaveresultedinadvancedcomputerfacilitieswhichallowtheextensivestudiesofnumericalsimulationsofthefluid-structureinteraction.Thispaperpresentsanumericalstudyofcircularcylinderundergoingtransverselyforcedoscillationandvortex-inducedmotionofanelastic-supppor

8、tedcircularcylinderincrossflowwithlowReynoldsnumbers.Theflowisassumedtobeincompressibleandviscous.TheCFDsoftwareFluentisused