基于格子Boltzmann方法的圓柱渦激振動及傳熱特性研究.pdf

1、柱體繞流問題是實際工程中普遍存在的現象，廣泛存在于船舶、航空航天和水利機械等領域。當柱體結構與所處流場（水或空氣）之間具有一定的相對速度時，結構與流體之間存在強烈的耦合作用，在結構表面形成逆壓梯度區(qū)，誘導流體作用力。結構背流面產生旋渦，且隨著近物面流體邊界層的周期性分離呈規(guī)律性脫落，形成周期性波動的流體作用力，導致結構沿橫向和縱向的振動（即渦激振動），甚至誘發(fā)共振或結構疲勞損壞。
　　實際上，相對于單個立柱的繞流問題，在實際應用中

2、往往是多個相同結構的立柱共存，它們之間存在相互影響，使整個流固耦合過程更加復雜。若再考慮立柱與立柱、流場間的熱交換問題（如反應堆、管束中的熱交換），研究的內容會更接近實際物理問題，但困難也更加艱巨。該過程是一個涉及到運動邊界、多界面、多物理場的瞬態(tài)流固耦合過程，盡管截止目前，針對其中某單一問題已有了較多的研究，但將該過程視為一個全耦合過程，進行系統(tǒng)的流固耦合研究并不多見。
　　針對上述問題，本文利用基于微觀統(tǒng)計力學的格子Boltz

3、mann方法（LBM）對圓柱結構兩自由度渦激振動、柱與柱間的相互作用以及它們的傳熱特性進行了系統(tǒng)的研究。本文進行了以下研究：
　　針對渦激振動模型，采用了計及附加質量的運動邊界的格子Boltzmann處理方法。在計算過程中考慮移動邊界的相對速度，結合非平衡外推及空間插值方法，確保了邊界處理準確地滿足伽利略不變性定律。同時，為提高所開發(fā)程序的計算效率，發(fā)揮格子Boltzmann的并行優(yōu)勢，引入了OpenMP多核并行計算技術。

4、　　依據流體力學相似理論，確定了本文研究的主要無量綱參數，包括流體相關參數、結構物相關參數以及耦合運動相關參數，建立了相應的分析模型，詳細地討論了結構質量、阻尼以及響應頻率對流場中單圓柱振動特性的影響，并對流場中產生的附加質量進行了分析。
　　在此基礎上，分別建立了靜-靜、靜-動和動-動雙柱耦合模型，系統(tǒng)地探討了雙柱間初始相對位置對耦合過程中流場結構、立柱運動特性和載荷特性的影響，并對不同模型中振動圓柱的功率效率進行了分析。