低雷诺数下串列三圆柱涡激振动中的弛振现象及其影响因素

基于有限体积法应用开源OpenFOAM软件对串列三圆柱的涡激振动响应进行了数值模拟研究, 分析了雷诺数Re = 150、间距比介于2 ~ 6的串列三圆柱在约化速度2 ~ 16范围内的流固耦合动态响应特性. 研究观察到: 当间距比为2时, 上游圆柱振动锁定的区域明显变宽, 并且在锁定区域内振幅明显高于大间距工况, 表明小间距布置时, 下游圆柱的存在对上游圆柱振动起增强作用. 由于尾流诱导的作用, 中间圆柱和下游圆柱振幅的最大值高于上游圆柱.
串列三圆柱的尾流干涉模式存在拓展体模式、持续再附着模式、交替再附着模式、拟同脱落模式和同脱落模式5种, 并且由于圆柱振动过程中振幅的动态变化, 尾流干涉模式出现不稳定切换. 在间距比为2, 约化速度为7时观察到振动存在“拍”现象, 在间距比为6, 约化速度为4时观察到多频参与振动的大周期现象, 两种现象发生时都会引起柱体升力和振幅的波动. 当中间圆柱和下游圆柱的尾流干涉处于拟同脱落模式时, 尾迹中的双排涡合并形成二次涡街, 而双排涡的融合发生在同侧相邻的两个旋涡或3个旋涡之间, 与圆柱的间距比相关.