RANS方法与SST模型在圆柱涡激振动CFD模拟中的应用

"基于RANS的圆柱风致涡激振动的CFD数值模拟 (2006年)，自然科学论文" 本文主要探讨了利用计算流体动力学（CFD）中的RANS（Reynolds-Averaged Navier-Stokes）方法，特别是SST（Shear Stress Transport）湍流模型，对圆柱体在风荷载作用下发生涡激振动（Vortex-Induced Vibration, VIV）的数值模拟。这项研究由陈文礼和李惠在2006年发表于《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》上，旨在通过数值模拟来理解和分析圆柱体在风中的振动特性。 首先，研究人员使用专业的前处理软件ICEM-CFD构建了二维（2D）模型，并进行了网格划分。他们固定了圆柱的自然频率，通过改变风速来观察不同条件下圆柱体的涡激振动行为。研究表明，在特定的风速范围内，即约减风速（reduced velocity）在4.9至5.1之间，观察到了锁定现象（Lock-in）。这是一种风速与圆柱振动频率同步，导致振动显著增强的情况。在此锁定区域内，圆柱的位移峰值出现在约减风速等于5.023的时刻。 此外，非锁定区域的振动中发现了“拍”（Pulsation）现象，即圆柱体的位移呈现出周期性的增大和减小。为了验证数值模拟的准确性，研究者将计算结果与实际风洞试验得到的锁定区域进行了对比，发现两者结果吻合度较高。同时，他们还将计算得到的圆柱振动幅度与经验公式以及实验数据进行了比较，结果令人满意。 数值模拟作为一种研究风工程的方法，相较于传统的风洞试验，具有成本低、周期短、效率高的优势，同时不受模型尺度限制，可以进行全尺度模拟，便于调整参数研究不同条件下的影响。虽然钝体绕流和涡激振动的研究大多依赖于风洞试验，但随着计算机技术的进步，CFD数值模拟逐渐成为一种重要的补充手段，为理解和预测风对结构的影响提供了新的途径。 这项研究加深了我们对圆柱体风致涡激振动的理解，特别是在锁定现象和“拍”现象方面的认识，为风工程领域提供了有价值的理论基础和计算工具，有助于优化风工程设计和预测结构在风荷载下的动态响应。