杨骁 赵燕 杜晓庆 吴葛菲

摘要：双圆柱尾流激振受多种因素影响，情况复杂，质量比m*（相同体积的圆柱与流体质量的比值）对双圆柱尾流激振的影响规律尚未澄清。采用数值模拟方法，在低雷诺数下（Re=100），研究了三种质量比（m*=2，10，20）对串列双圆柱尾流致涡激振动特性和尾流流场结构的影响规律，分析了下游圆柱的升力与位移的相位差，探讨了涡激升力与能量输入的内在联系。结果表明：质量比对串列圆柱尾流致涡激振动有重要影响。随着质量比的增大，横流向最大振幅减小，并发生在较小折减速度下，振动锁定区域范围变窄;质量比越小，升力与位移之间的相位差对下游圆柱振幅的影响越显著;在较小质量比时尾流出现“2s”、不规则和平行涡街模态，而在较大质量比时只有“2S”和平行涡街模态。

关键词：尾流致涡激振动;串列双圆柱;数值模拟;质量比;耦合机理

中图分类号：TU311.3;0351.2 文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）01-0024-11

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2020.01.003

引言

圆柱形结构的涡激振动现象在土木工程、机械工程和海洋工程中时常发生，涡激振动可导致结构的疲劳破坏，降低结构寿命。因此，圆柱涡激振动问题受到工程界和学术界的广泛关注。研究表明，质量比对单圆柱涡激振动有显著影响，但质量比对串列双圆柱尾流致涡激振动的影响规律尚未澄清。

对于单圆柱的涡激振动，文献[1-5]通过试验研究（圆柱的质量比为0.36-25），指出质量比是影响圆柱振动响应和涡脱模态的重要因素。谷家扬等和陈正寿等通过数值模拟方法研究了质量比为1，2和2.4时对单圆柱涡激振动的影响，研究发现质量比对单圆柱涡激振动的振幅、振动锁定区问范围的影响较大。……