低质量比圆形四立柱涡激运动特性研究

采用有限体积法对圆形四立柱涡激运动进行数值模拟。圆形四立柱涡激运动系统简化为两自由度的质量－弹簧－阻尼模型，引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性 Navier-Stokes 方程，并结合 SST k －w 湍流模型对低质量比弹性支撑的圆形四立柱涡激运动进行模拟。将四阶 Runge-Kutta 代码嵌入用户自定义函数 UDF（User Defined Function）中求解四立柱的动力响应，采用动网格技术来实现立柱和流场之间的耦合。研究发现，圆形四立柱涡激运动流向和横向振幅随着折合速度的增大而先增大后减小，并出现幅值跳跃现象，跳跃点在折合速度9．0处。横向振幅最大值出现在折合速度为8．0时，大小为1．99D，远大于流向振幅最大值0．26D。圆形四立柱流向运动平衡位置随折合速度增大并非一直增大，在折合速度9．0时突然下降随后增大。圆形四立柱涡激运动出现了明显的频率锁定现象，锁定区间为5．0～8．0。当系统走过锁定系统后，流向幅值和流向幅值迅速减小。最后对不同折合速度下圆形四立柱运动轨迹和尾涡脱落模式进行讨论分析。