低雷诺数下两类串列圆柱的涡激振动

杜晓庆　邬伟伟　赵燕　吴葛菲

摘要： 为了研究上游圆柱的运动状况对下游圆柱涡激振动的影响，针对两类串列双圆柱（上游圆柱固定、下游圆柱可作两自由度振动，上下游圆柱均可作两自由度振动），在低雷诺数下（Re=100），采用数值模拟方法，研究了下游圆柱在不同尾流干扰下的振幅、振动频率、相位差等振动特性随折减速度的变化规律，从能量输入和尾流模态角度探讨了上游圆柱的振动状况对下游圆柱涡激振动的影响规律及其流场机理。研究表明：上游圆柱的运动状况对下游圆柱涡激振动有显著影响;与上游圆柱固定情况相比，上游圆柱振动时下游圆柱存在明显的振动锁定区间;下游圆柱横流向振幅更大且最大振幅发生在更高的折减风速下。振动过程中两类串列圆柱的顺流向间距比明显不同。上游圆柱固定时，顺流向圆柱间距大于上游圆柱振动情况。两类双圆柱的尾流模态也有明显不同，上游圆柱固定、下游圆柱振动时的串列双圆柱为平行涡街模态，而上下游圆柱均能振动时的尾流为“2S”模态。

关键词： 涡激振动; 串列双圆柱; 尾流干扰; 数值模拟; 尾流模态

中圖分类号： O351.2; TU311.3    文献标志码： A    文章编号： 1004-4523（2021）02-0283-09

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.02.008

引  言

大长细比柱群结构在工程中应用广泛，如桥梁并列索、烟囱群、海洋立管、多分裂导线等。受上游圆柱的尾流影响，下游圆柱的涡激振动会比单圆柱更为剧烈，易引起结构的疲劳破坏，因而受到广泛关注[1?2]。以往对单圆柱的涡激振动进行了广泛研究[3?8]，但针对双圆柱涡激振动的研究相对较少。……