圆柱-分离盘结构的流致旋摆响应数值研究

利用数值模拟手段研究了圆柱-分离盘结构的流致旋摆响应,分析了雷诺数Re、分离盘长度比L/D对结构旋摆响应、流场特性及水动力系数的影响。结果表明：分岔现象出现在绝大多数工况下,分岔向不分岔过渡的临界雷诺数与盘长有关,分离盘越长,此临界雷诺数越大。旋摆平衡角随雷诺数的增大先增加,后基本维持不变;分离盘越短,旋摆平衡角越大。结构摆幅随雷诺数增大先保持为零,后快速增大,最后缓慢增大或基本不变;分离盘越长,结构摆幅越大,摆幅不为零的起始雷诺数也越大。结构摆动频率主要受雷诺数影响,二者呈正相关关系。结构发生分岔并在平衡位置大幅摆动时,一个旋摆周期内在盘尖端和下侧各脱落一个旋涡,而在盘上侧由于边界层再附着存在一个滞止涡,形成回流区。发生分岔但结构基本静止时,分离盘上侧、盘尖端及盘下侧存在稳定的、尺度不一的回流区。不发生分岔时,两个相同的回流区对称分布于分离盘上下两侧。分离盘具有调控尾流和增加背压的作用,因此结构的水动力系数相比于裸圆柱明显减小。