串列三圆柱的脉动气动力特性试验研究

刘小兵， 姜会民， 王世博， 杨 群

(1.石家庄铁道大学 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，石家庄 050043；2.河北省风工程和风能利用工程技术创新中心，石家庄 050043；3.石家庄铁道大学 土木工程学院，石家庄 050043)

圆柱群结构在实际工程中有很多的应用，如多管烟囱、海上平台支撑结构、架空传输电缆及一些桥梁构件。由于圆柱间的气动干扰效应，圆柱群绕流与单圆柱相比表现出很大的不同。串列是圆柱群最为典型的布置形式。从既有文献可以看到，国内外学者对串列双圆柱的气动特性开展了广泛而深入的研究。Arie等[1-3]通过风洞试验的方法研究了串列双圆柱的气动力系数随间距的变化规律。更多学者[4-9]采用CFD数值模拟的方法开展了串列双圆柱气动特性的机理研究。Summer[10]对相关研究成果进行了详细综述。研究结果表明，串列双圆柱的气动力系数在特定间距下会发生跳跃现象，这一跳跃现象与流态的切换有关，所以此间距又被称为临界间距。发生切换前后的两种流态的区别在于从上游圆柱分离的剪切层是否会附着到下游圆柱。

当串列布置的圆柱数量超过两个时，绕流形态变的更为复杂，对其研究也相对较少。Igarashi[11]通过风洞试验测试了雷诺数为2.2×104，间距比(相邻两圆柱中心距与圆柱直径的比)在1～4范围内串列三圆柱的气动力特性，研究结果表明，串列三圆柱的时均阻力系数和脉动升力系数会在间距比3.5附近发生跳跃。Harichandan等[12]采用数值模拟的方法研究了间距比为2和5，雷诺数为100和200时串列三圆柱的绕流形态，结果表明，串列三圆柱的旋涡脱落频率与间距比密切相关。……