赵崇宇, 王汉封,2

(1. 中南大学土木工程学院, 湖南长沙 410075; 2. 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室, 湖南长沙 410075)

引 言

一端固定于平面、 另一端为自由端的有限长三维柱体结构在工程中大量存在, 如高层建筑等. 由于高宽比(H/d)、 自由端剪切流、 地面边界层等因素的影响, 有限长柱体结构的绕流和气动力特性与对应的二维柱体有显著差异[1-5]. 对于有限长正方形棱柱, 柱体两侧剪切流与其顶部剪切流相互连接并在下游构成“拱门型”涡结构, 两侧剪切流交替脱落并形成展向涡, 造成两侧压差, 出现侧向力. 柱体两侧展向涡交替出现“反对称”与“对称”两种典型状态[5-9]. 当展向涡为反对称时, 柱体侧向力大幅周期性波动, 且阻力较大; 而当展向涡为对称时, 侧向力波动幅度明显减小, 无明显周期性, 且阻力较小[6-8,10]. 近来发现方柱顶部自由端剪切流存在低频上下拍动, 对应了上述两种典型尾流与气动力状态间的转变[11-12].

由于顶部剪切流对三维方柱的绕流与气动力有显著影响, 在柱体自由端施加的局部控制将作用于顶部的剪切流, 进而有可能控制整体尾流与气动力. 已有实验表明, 在H/d=5的方柱顶部前边缘附近施加定常狭缝吸气, 可以改变顶部剪切流分离特性, 当吸气速度等于来流速度时, 柱体整体脉动侧向力减小45.5%[13], 同样措施也可抑制有限长方柱的涡激振动[14]. 在三维柱体顶部施加控制的思路与常见的二维柱体绕流控制方法有着显著的区别. 前……