多圆柱涡激振动互扰效应数值模拟研究开题报告

全文总字数：5541字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究背景

流体经过钝体结构物时会在其两侧产生交替脱落的旋涡，在其表面形成周期性变化的脉动压力，如果结构物是柔性体或者受弹性支撑，会发生涡激振动。在海洋资源开发过程中采用了许多圆柱形结构物，如石油立管、海洋缆索、桩腿等，在海流的作用下，这些海洋结构物都会发生涡激振动。涡激振动在一定条件下会导致结构物的破坏，因此，对涡激振动特点和规律的研究在工程实际中具有很大的应用价值。

在过去的几十年里，许多研究者对单圆柱的涡激振动进行了研究，已经取得了一定的研究成果。而对圆柱群结构的涡激振动，许多研究者从双圆柱问题入手研究了其绕流特性和涡激振动机理。目前对于圆柱涡激振动的研究已经取得了不少成果，然而仍有诸如单圆柱涡激振动在锁定区的特性、并列双圆柱尾流和振动响应随间距的变化等问题值得进一步探索。因此，对多圆柱涡激振动的进行研究，掌握多圆柱之间的互扰效应，对海洋工程结构的研究或未来从事海洋资源开发具有重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容和目标

本文在了解圆柱绕流和涡激振动基本理论知识的基础上，利用ANSYS和fluent软件，采用数值方法对这一问题进行了研究。

①运用Ansys和Fluent软件对二维圆柱绕流和涡激振动问题进行数值模拟，掌握绕流特性和涡激振动规律。这些特性和规律包括流场分布、涡的脱落形式、圆柱的升力系数及阻力系数分布、振动幅值等等。

②在单圆柱问题的基础上进行延伸，运用Ansys和Fluent软件对二维双圆柱的绕流和涡激振动问题进行数值模拟，研究圆柱之间的相互扰动，研究圆柱不同直径对圆柱尾流以及涡激振动的影响。

2.2 技术方案

本文采用的物理模型是受弹性支撑的二维圆柱体振动模型，计算流体力学方程是不可压缩流体的连续性方程和N-S方程

忽略二维圆柱体的顺流向运动，其控制方程是

运用ANSYS和Fluent建立圆柱模型和计算网络模型并进行求解，对计算结果进一步分析，研究其流场分布、涡的脱落形式、圆柱的升力系数及阻力系数分布、振动幅值等性质。ANSYS和Fluent对此有成熟、可视化的后处理方法。

本文技术路线如图二所示。

图二 技术路线框图

3. 研究计划与安排

第 1-3 周 查阅相关资料，学习圆柱绕流及涡激振动的基本理论和研究现状，学习使用ansys和fluent软件，完成外文翻译与提交开题报告。

第 4-5 周熟练掌握ansys和fluent软件的使用，并构建好二维圆柱绕流计算模型。

第 6-7 周 完成二维圆柱绕流数值模拟，并得到有效的结果。并建立二维圆柱涡激振动模型。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] feng c. c. themeasurement of vortex induced effects in flow past stationary and oscillatingcircular and d-section cylinders, thesis[d]. university of british columbia,vancouver, 1968.

[2] williamson c h k,gobardhan r. a brief review of recent results in vortex-induced vibration[j].journal of wind engineering industrial aerodynamics, 2008, 96(6-7): 713-735.

[3] bearman p w. circularcylinder wakes and vortex-induced vibrations[j]. journal of fluids structure,2001, 27(5-6): 648-658.