非等径圆柱风荷载的数值模拟.pdf

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1、第43卷第2期2013年3月航空计算技术AeronauticalComputingTeehniqueV01．43No．2Mar．2013非等径圆柱风荷载的数值模拟刘建军1，姚磊江2，杨广琚1，2(1．西北工业大学航空学院，陕西西安710072；2．西北工业大学无人机特种技术重点实验室，陕西西安710065)摘要：为保证某型天线的指向稳定性和结构安全性，采用基于Spalart—Allmaras方程模型的DES方法，对其简化的非等径旋成体进行了非定常流动数值模拟研究。计算结果表明，对于变直径圆柱，各等直径段在长径比足够大时仍能使各段大部分区域保持稳定的周期性涡脱落；各段涡街的

2、频率与采流速度、当量直径之间仍符合Strouhal关系式。研究结果可为各类非等径圆柱在不同风荷载下的结构安全性分析提供依据。关键词：非等径圆柱；自然频率；脱落涡频率；斯特劳哈尔数中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671—654X(2013)02·0064一04NumericalSimulationofNon—equalDiameterCylinderunderWindLoadsLIUJian—junl，YAOLei．jian91，rANGGuang—junl’2(1．SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnical

3、University，Xi7an710072，China；2．NationallaboratoryofUAVSpecialTechnology，NorthwesternPolytechnicalUnivenity，Xi’an710065，China)Abstract：Inthispaper，unsteadynumericalsimulationhasbeencarriedoutonthesimplifiednon-equaldiametercylinderusingtheDESmethodbasedonSpalart—Allmarasequationmodeltoensu

4、repointingstabilityandstructuralsafetyofacertaintypeantenna．Theresultsshowthateach1evelcanstillmaintainstableperiodicalvortexsheddingphenomenonwhenthelength—diameterratioislargeenoughforthenon—equaldiametercylinder；thevortexsheddingfrequencyofeachlevel，theflowvelocityandtheequiva—lentdiam

5、eterstillaccordwiththeStrouhalrelationship．Theconclusionscanprovidethebasisforstructur-alsafetyanalysisofallkindsofnon—equaldiametercylinderunderdifferentwindloads．Keywords：non-equaldiametercylinder；naturalfrequency；vortexsheddingfrequency；strouhalnumber引言圆柱的绕流问题一直是航空航天、海洋工程、高层建筑物和大跨结构桥梁等

6、实际工程研究的热点⋯。流体作用于钝形体结构物时，除主流荷载造成结构的形变外，还会产生交变的作用力，导致物体的振动和摇摆，其长期作用影响结构的疲劳寿命。当分离涡脱落的频率和结构的固有频率接近时，结构体将会产生共振现象、振幅加大，对结构造成破坏，产生严重的后果旧。J。因此，研究其有关涡脱落流态及涡致振动(流体与结构之间的相互作用)的机理对解决实际工程中的问题有重要的应用价值。大长径比物体在大迎角来流情况下，流场呈现强烈的非对称卡门涡街旋涡脱落形态，非对称流动分离对物体产生较大的侧向力和偏航力矩，引起横侧向不稳定摇摆，甚至导致结构破坏。人们对细长旋成体大迎角非对称流动及其横侧向

7、力问题进行了广泛的实验和数值研究，得出了许多有价值的研究结果”。1⋯。但由于各种影响因素相互作用的非线性、以及流动本身的复杂性等，使得人们对非对称背涡的形成机理尚未形成统一认识，对绕细长体流动的流场基本结构、流态演化过程和规律、涡系的三维特性等问题也缺乏全面了解。因而，目前还不能建立精确反映细长体绕流流态及其特性的数学模型、实施有效的分离流动控制。本文基于某型天线在复杂气候和颠簸环境中，为降低本体变形和载运系统摇摆对准确传递数据的影响，始终保持精确的铅垂稳定指向的要求，开展了非等径细长圆柱体简化模型的数值模拟研究。采用基于Sp