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摘要
目前,圆柱体涡激振动(VIV)的缩尺模型实验都是根据弗劳德数相似设计的,在原型和实验模型之间并没有实现雷诺数相似。然而,圆柱体涡流脱落方式和涡激振动特征与雷诺数密切相关。因此,由基于弗劳德数相似设计的模型实验来预测原型的涡激振动特征是不准确的。本文推导了原型和模型基于不同相似理论时的相似关系,并且基于不同的相似性理论设计了考虑流固耦合CFD计算模型和模型实验,用于研究它们的相似关系。根据计算模型和实验结果对圆柱体涡激振动的涡泄特征、升力系数和拖曳力系数进行了对比分析。数值计算结果表明,当雷诺数相似或弗劳德数和雷诺数相似同时满足时,模型和原型之间的涡泄模式相似。但当仅满足弗劳德数相似时,原型和模型之间的涡泄模式,升阻力系数完全不相似。实验结果同样表明,当满足雷诺数相似时,原型和模型涡泄周期满足相应缩尺比,二者的斯托哈尔数也基本一致。但当仅满足弗劳德数相似时,二者相似性无法满足。因此,在研究圆柱体涡激振动特征时,首先应在缩尺模型实验中考虑满足雷诺数相似。雷诺数在涡激运动试验中起决定性作用,要获得准确有意义的试验结果,应采取相应措施减小模型和原型之间的雷诺数差值。
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