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粘性涡域法在桥塔涡激振动中的应用
| 论文题名： | 粘性涡域法在桥塔涡激振动中的应用 |
| 关键词： | 桥塔;粘性涡域法;涡激振动;数值模拟;风洞试验 |
| 摘要： | 涡方法与传统基于网格方法相比的一个主要优点是，该方法的拉格朗日性质显著减少了与网格方法相关的一些问题，例如数值扩散和解决流动中小尺度涡旋结构的困难，目前，国外已将涡方法应用于一些简单断面如圆、椭圆和机翼等，但应用于桥塔的相对较少。为将涡方法应用到桥塔涡激振动计算，本文使用属于确定性涡方法的粘性涡域法，利用可以实现该方法的程序vvflow与有限元软件ANSYSAPDL相互迭代计算桥塔涡振的起振、峰值和结束风速，在此之前，对该方法进行了大量的验证计算。本文的主要内容包括： （1）利用计算程序vvflow，在Linux系统下利用Lua语言编制计算程序，使用gunplot实现流场可视化，利用Python绘制升、阻力时程曲线，在此基础上与有限元软件ANSYSAPDL相互迭代计算，达到计算桥塔涡振的目的; （2）验证粘性涡域法在二维圆柱绕流中的实现，首先计算20≤Re≤200时单圆柱的分离角，阻力值与分离点位置密切相关，因此通过数值模拟获得的分离点位置在很大程度上说明了整个流体模拟的正确性，尤其是气动力计算的准确性。计算结果与其他文献计算结果基本吻合。然后计算不同雷诺数下静止单圆柱的升、阻力系数和不同无量纲频率无量纲振幅下振动单圆柱的升、阻力系数，最后计算不同间距比下双圆柱的升、阻力系数，计算结果均与其它文献结果基本吻合; （3）通过桥塔气弹模型风洞试验，研究均匀流与紊流场下0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°风向角的涡激振动，实验结果表明均匀流和紊流场下，75°和90°风向角均出现顺桥向涡振和扭转涡振，且90°风向角下涡振幅值最大。紊流场涡振峰值小于均匀流场涡振峰值; （4）模拟不同风向角下方柱绕流，当风向角大于0°小于15°时，阻力系数和升力系数均减小，当风向角大于15°小于45°时，阻力系数和升力系数则增大。这主要与此时剪切层的脱落与再附着有关。通过迭代计算得到了计算的扭转涡振起振、峰值和终点风速以及振幅并与试验对比，试验均匀流场90°风向角下扭转涡振锁频区间为5.0-6.0m/s,涡振幅值为0.0213rad，计算得到的扭转涡振锁频区间为4.9-6.1m/s，涡振幅值为0.0264rad，所以两者锁频区间基本相同，计算值比试验值偏大23.9％，虽有一定的误差，但为涡振计算提供了新思路。 |
| 作者： | 王治超 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 赵国辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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