基于格子玻尔兹曼方法的二维柔性梁与刚性方柱相互作用的数值研究

杨旖旎，谢振武，邹明松

（中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082）

0 引 言

带流固耦合的复杂绕流，尤其是柔性体-刚体-流体耦合运动，在自然界中普遍存在，如鱼类在海洋立管前后端的游动，以及日常生活中所见到的旗帜拍动等。柱体后加柔性丝线的流固耦合振动是流固耦合研究中的典型问题。Sui 等[1]对静止圆柱尾流与无质量柔性丝线的耦合干扰进行了数值模拟；Yildirim 等[2]发现了丝线运动方式对上游圆柱尾流的反馈影响；Jia 和Yin[3]通过肥皂膜流动的实验发现，随着丝线相对圆柱的位置变化，柔性丝线在尾流中呈现出三种典型的拍动响应模态；胡浪超等[4]采用罚浸入边界/格子Boltzmann方法研究了旋转圆柱尾流中的柔性丝线拍动模态。

与圆柱体后加柔性体的流固耦合问题相比，方柱后加柔性体的文献记载更少。对于方柱振动问题，Bearmann 等[5]针对风洞中的方柱进行了实验研究。Coeless 和Parkinson[6]发展了拟稳态模型，模拟了方柱振动，并与实验进行了对比。Zhao 等[7]数值模拟了低雷诺数下带流向角的单方柱振动问题，研究发现：当流向角为0°时单方柱并无驰振现象，且锁定区域较小；当流向角为22.5°和45°时有驰振，且锁定区域明显增大。Sharma和Dutta[8]通过实验分别对带有刚性和柔性板的固定方柱的流场结构特征进行了研究，发现板长的改变将引起尾迹的明显转变。涂昌健等[9]基于浸入边界-谱元法数值模拟了方柱附加柔性悬臂梁流固耦合振动问题。

以往学者对于圆柱体后加柔性体的流固耦合问题较为关注，但是对低雷诺数下，方柱后附加柔性体的研究较少。……