三扰流翼板圆柱涡激振动研究：低雷诺数下的流固耦合分析

"稳定流与三翼圆柱的流固耦合研究 (2007年) - 沙勇，王永学 - 大连理工大学海岸及近海国家重点实验室" 这篇2007年的论文主要关注的是低雷诺数条件下的流体动力学现象，特别是涡激振动（Vortex-Induced Vibration, VIV）问题，以及如何通过结构设计来减少这种振动。涡激振动是指流体中的物体由于周围流动诱导的涡旋脱落而产生的振动，这种现象在海洋工程、航空航天等领域具有重要影响。论文作者沙勇和王永学来自大连理工大学海岸及近海国家重点实验室。 在他们的研究中，他们采用了一个有限元数值模型来模拟带有三扰流翼板的圆柱在低雷诺数流场中的行为。雷诺数是流体动力学中的一个重要参数，用于衡量惯性力和粘性力的相对大小，低雷诺数通常对应于粘性较大的流动环境。在数值模拟中，无量纲的不可压缩纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程被用来描述流场，这是描述流体运动的基本方程。 三扰流翼板的设计是论文的关键创新点。这些翼板被添加到圆柱体表面，以干扰和改变圆柱周围的涡旋形成和释放模式。研究人员将三扰流翼板圆柱的振动简化为一个质量-弹簧系统，这允许他们通过迭代计算流体边界上的位移和应力来模拟流固耦合效应。通过这种方法，他们能够分析不同类型的扰流翼板对涡激振动的影响。 具体来说，他们发现“triangle60型”的三扰流翼板能显著降低圆柱的涡激振动幅度。这一发现对于设计抗振结构或改进现有结构的稳定性具有实际意义，特别是在海洋工程中，如石油钻井平台、海底管道和浮标等，这些设施都可能受到涡激振动的威胁，从而导致性能下降甚至结构损坏。 关键词：涡激振动、扰流翼、圆柱、流固耦合。论文分类号为0357.1，文献标识码为A，文章编号为1006-7043(2007)04-0375-06，发表在《哈尔滨工程大学学报》第28卷第4期，2007年4月。 这篇论文不仅提供了对低雷诺数下流体-结构相互作用的深入理解，还提出了通过优化扰流翼设计来控制涡激振动的有效策略，这对相关领域的工程实践具有指导价值。