摘要：基于涡致振动原理设计了一种风力型压电俘能器,通过串列配置的双绕流圆柱增加进气道内流场的压强波动,以Helmholtz共振腔作为尾流区域的风压谐振放大装置,利用PVDF压电薄膜直接将湍流引起的持续性压强波动转换为电能。采用计算流体力学数值方法,分析了在不同风速下压电俘能器内部流场的流体动力学行为。数值分析及试验结果表明:在相同风速下,当耦合因子L/D=2.2时,双绕流圆柱引起的压强波动最大,可达到单绕流圆柱的2倍;Helmholtz共振腔内气体在振荡流的作用下产生谐振后,腔内气体压强的幅值随风速的增加而增大,但振动频率均相同且为共振腔的固有频率。

摘要：针对传热管的漩涡脱落诱发振动问题,在经典尾流振子模型的基础上,提出一种用于预测传热管涡致振动的改进尾流振子模型。计算结果与实验结果的对比显示,该模型能较好地模拟传热管涡致振动的重要特性。首先,通过研究发现,采用联合的位移耦合和加速度耦合模式,能较好地模拟柱体振动与漩涡脱落间的相互作用;其次,经典尾流振子模型中定义的经验参数为定常数,但通过分析发现,其经验参数应根据具体的结构参数来确定;最后,对改进的尾流振子模型所预测的结果与通过流固耦合数值模型计算得到的结果进行了对比分析,结果显示改进的尾流振子模型的结果与双向流固耦合模拟得到的结果吻合较好,说明尾流振子模型用于传热管的漩涡脱落诱发振动是可行的、合理的。

摘要：以低质量比圆柱为研究对象展开涡致振动风洞实验,研究其涡致振动中最大位移响应分支转换特性。实验中针对传统涡致振动风洞实验中质量比难以降低的问题,提出了弹簧-张力线式支撑方式,将模型的等效质量比由1×102的量级降至20.4。实验中测量了不同状态下圆柱的位移时域响应,发现高雷诺数圆柱涡致振动的最大结构位移响应呈现出初始分支和低幅分支,且在一定的风速范围下会随机切换。在此风速范围内,当初始分支向低幅分支转换时,相角变化相对位移变化的超前量比低幅分支向初始分支转换时大4个振动周期左右。以上结果表明:低质量比圆柱涡致振动最大位移响应存在两分支的转换区,在转换区内,同时存在两个亚稳定的最大位移响应分支,且低幅分支稳定性较高。

摘要：利用软件STAR-CCM+和Abaqus对气动载荷作用下U型橡胶结构涡致振动现象进行流固耦合协同仿真分析,并设计风洞试验对数值计算方法进行验证。流体场采用三维非定常粘性不可压缩k-ω湍流模型,固体场采用动隐式线弹性模型,研究了不同空气流速对U型橡胶结构变形及振动的影响规律,分析了U型橡胶结构振动频率与旋涡脱离频率的相互关系。结果表明,U型橡胶结构受到气动载荷作用由静止产生弯曲变形,风速越大其结构产生的弯曲变形量越大,并且弯曲变形振动频率接近一阶固有频率。当结构受到的气动力、弹性力、惯性力趋于平衡,结构上空气旋涡脱离导致结构持续振动,风速较低时,旋涡脱离的能量不足以强迫U型橡胶结构的振动与涡脱频率相一致。随着风速的增大,U型橡胶结构的振动是由旋涡脱离导致的受迫振动。

摘要：针对弹性管的涡致振动问题,分别在双向流固耦合模拟得到的流体力系数以及尾流振子模型的基础上,采用Euler-Bernoulli梁模型模拟弹性管,得到了弹性管涡致振动的运动方程,提出两种预测弹性管涡致振动的理论模型.首先通过4阶Galerkin方法离散系统的运动方程,采用由双向流固耦合数值模拟得出的流体力数据,预测了弹性管在横向流体作用下的振动响应;其次,引入尾流振子模型模拟弹性管与漩涡脱落间的耦合作用,并将预测结果与流固耦合模拟结果进行了对比分析.结果显示,采用谐和形式流体力的理论模型预测得到的结果偏小,而尾流振子模型能较好地模拟弹性管的涡致振动特性,预测结果比得上双向流固耦合得到的结果,说明尾流振子模型用于弹性管的漩涡脱落诱发振动是可行的和合理的.

摘要：采用有限体积法联合大涡模拟方法求解三维湍流流场,采用有限元法离散弹性管结构,对Re=1.35×104的湍流流动作用下三维弹性管的涡致振动进行了数值模拟,结构的动力学响应用Newmark算法来求解,管的运动采用基于扩散光顺方法的动网格模型来实现.利用建立的数值模型,分析了升力系数、阻力系数、位移、涡脱频率、相位差随频率比的变化特征,成功扑捉到锁定、相位开关,并联合运动轨迹、相图及Poincaré截面映射,研究了升力系数与横向位移的极限环与分叉等非线性特性.研究结果表明,在阻力系数的最小值处,横向振幅达到最大值,同时,横向响应的"锁定"也始于阻力系数最小值处;在"锁定"范围内,横向振幅随着频率比的增大而逐渐减小;在升力系数的最小值处,升力系数与位移间的相位由反相变为同相;在均匀湍流流动作用下,三维弹性管的升力与横向位移并未出现周期解的分叉.

摘要：针对有限流体域内柔性管的涡致振动问题,将柔性管离散为若干空间梁单元,流体域采用实体单元离散,建立了有限流体域内柔性管系统的流固耦合模型及数值计算方法,设计并加工圆柱流体域内柔性管振动专用实验装置,采用GWT-2B双轴加速度传感器对柔性管的振动进行监测,并与数值模拟结果进行对比,吻合程度较好.基于该文的模型和方法,对圆柱流体域内不同位置处柔性管的涡致振动机理进行研究.结果表明,柔性管偏离入口流速位置的角度越大,越容易发生流体弹性不稳定性,柔性管的振动愈剧烈;而正对入口流速的位置,不易发生流体弹性不稳定性,柔性管振动减弱.

摘要：在工程应用中,起重机大拉杆由于几何形体较为对称,将有可能发生涡致振动,进而影响结构安全。文中应用计算流体力学模拟对大拉杆的几何方案进行了涡致振动受力频率的分析计算,并将其与大拉杆的固有频率进行比较。仿真结果表明:在孔洞内设置扰流板的优化方案能够有效破坏大拉杆的对称受力工况,使其涡致振动产生的可能性大幅降低。

摘要：考虑轴向伸长引起的几何非线性和间隙支撑非线性,利用尾流振子模型模拟了流体力的变化及传热管振动的耦合,基于力平衡法建立了传热管在内外流体和间隙支撑作用下的非线性运动方程,采用4阶Runge-Kutta算法计算了耦合系统的动力学响应,研究了传热管在内外流体和间隙支撑作用下的非线性响应特性,得到了不同内流速度下以外流速度为分叉参数的分叉图。结果表明,内流速度对有支撑间隙的传热管耦合系统的动力学特性有重要影响。

摘要：输电线路导线电晕放电产生离子风,在离子风作用下输电导线产生涡致振动。为了研究输电导线电晕振动特性,分析了导线电晕放电的场强和离子风的产生机理和影响因素,并建立了输电导线电晕涡致振动方程。采用龙格-库塔法计算了220 kV输电线路电晕振动的动力响应,分别研究了导线表面状态、空气湿度和密度、输电导线结构尺寸和张力等对振幅的影响及抑制措施。分析方法和结论,可为特高压输电线路设计、已有线路升级改造以及振动抑制提供必要参考。