赵 婧，郭海燕

（中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100）

两自由度不同截面形式柱体涡激振动的CFD数值模拟

赵 婧，郭海燕

（中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100）

文章采用计算流体力学（CFD）方法，结合SST k-ω湍流模型，对低质量比柱体进行两自由度涡激振动数值模拟，得到了柱体升力、曳力系数的时程曲线，并观察了柱体进入锁振状态的幅值变化，研究了不同截面形式柱体在外流速处于0.1-1.0 m/s范围内的振动响应。将圆柱体在不同流速下两向振动的CFD数值模拟与实验数据进行比较，得到了较为满意的结果。通过分析不同截面柱体在不同外流速下的振动幅值发现，带有抑振装置的柱体截面形式能够有效地减小涡激振动，其中，板状截面柱体抑振效果较好。

涡激振动；计算流体力学；两自由度；抑振

0 引 言

在海洋油气资源开发中，大量使用细长圆柱体管道结构，在海流、波浪等荷载作用下会产生涡旋脱落，使圆柱体结构发生涡激振动。当结构自振频率与旋涡脱落频率接近时，振动会迫使旋涡脱落频率固定在结构自振频率附近，发生频率锁定（lock－in）现象，引起圆柱体结构剧烈振动，目前工业上常用覆盖导流板或螺旋导板等抑振装置抑制圆柱体的涡激振动。

涡激振动的数值模拟目前主要有两种方法。一种是基于半经验方法，如现有计算软件MIT的SHEAR7和VIVARRAY等，另一种是基于计算流体力学（CFD）的数值模拟。半经验的数值模拟方法一般建立在大量实验得到的水动力系数数据库之上，而且大都只能计算圆柱体的涡激振动响应。……