圆柱形涡致振动压电能量收集阵列的仿真分析

林杉杉， 李 莉， 安然然

(沈阳化工大学 计算机科学与技术学院， 辽宁 沈阳 110142)

海洋面积占据地球表面积的75 %，其中蕴藏着丰富的资源及能量.在海洋工程研究中，当水流经一些非流线型结构时，会在其尾部发生边界层分离，形成周期性交替脱落的漩涡，当脱涡频率与结构体的固有频率相等时，则会产生涡致振动(vortex-induced vibration，VIV).涡致振动过程中交替脱落的漩涡会在垂直于流体来流方向产生周期变化的作用力，从而激励弹性支撑的压电俘能器产生振动并发电.

目前，对于单、双圆柱的绕流及涡致振动的数值及实验问题已取得了大量的研究成果.邹琳等[1]研究了串列双圆柱涡致振动的数值模拟情况，研究发现随着两圆柱间距比的增大，下游圆柱进入锁定区间的折合速度逐渐减小，下游圆柱对上游圆柱的影响逐渐减小.然而三圆柱做为圆柱群中的基本组成单元，对其涡致振动的研究则较少.当流体流过圆柱时，由于各个圆柱的相互作用及相互干扰使得圆柱的受力情况更加复杂，徐有恒等[2]进行了三圆柱在风洞中的实验，对压力系数的分布情况进行了研究，徐枫等[3]对正三角形排列的圆柱绕流情况进行了数值模拟.虽然多年来国内外对于涡致振动的研究非常多，并且取得了大量研究成果，但是将涡致振动作为可利用的能源进行俘能技术的研究却还刚刚起步，在数值计算和实验研究方面的成果非常少.Molino-Minero-Re等[4]对圆柱外加单悬臂梁的压……