顺向正弦来流条件下圆柱气动力和绕流流场数值模拟研究

来源：振动与冲击杂志2024年第6期北京时间：

作者：于春放，靖洪淼,,，王仰雪，张记涛，邵林媛，刘庆宽,,

单位：1.石家庄铁道大学土木工程学院，石家庄050043； 2.石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，石家庄050043； 3.河北省风工程和风能利用工程技术创新中心，石家庄050043

摘要：为深入了解顺向阵风来流对圆柱气动力和流场特性的影响，开展了雷诺数（Re）为1000的圆柱绕流三维大涡模拟，研究了不同频率顺向正弦来流对圆柱气动力和流场结构的影响规律，详细分析了升阻力系数、斯特劳哈数（St）、回流长度、分离角和尾流结构等参数的变化规律。顺向正弦来流速度为 ,其中来流频率f的变化范围为0 ~ 0.3Hz，U0为平均速度，A为竖向正弦来流的振幅，设为0.15 U0。研究结果表明：圆柱阻力系数卓越频率（即主导频率）与正弦来流频率基本一致，升力系数存在三个明显的频率峰值，分别对应涡脱频率与来流频率之差，涡脱频率，涡脱频率与来流频率之和。随着正弦来流频率f增大，St先减小后增大，在f = 0.25Hz时达到最小值，而回流长度先增大后减小，且在f = 0.15Hz时达到最大值。当f <= St时，分离角不变，而顺流向最小速度逐渐增大；当f > St时，分离角逐渐增大.

关键词：圆柱绕流；大涡模拟；顺向正弦来流；气动力；流场