基于OpenFOAM的矩形断面涡激振动数值模拟.pdf

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1、第3４卷第10期公路交通科技Vol．3４No．102017年10月JournalofＨighwayandTransportationResearchandDevelopmentOct．2017doi:10．3969/j．issn．1002－0268．2017．10．009基于OpenFOAM的矩形断面涡激振动数值模拟王林凯，刘志文(湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室，湖南长沙４10082)摘要:针对结构涡激振动数值模拟问题,以开源流体动力学计算软件OpenFOAM3．0为平台建立结构涡激振动数值模拟方法,即将结构涡激振动问题简化为单自由度振子模型,采用Newmark－β法

2、进行结构振动方程求解,应用OpenFOAM动网格求解器进行动网格计算与更新。以宽高比为5的矩形断面为例,首先采用3种不同的雷诺平均(RANS)湍流模型(即SSTk－ω,k－ɛ和k－ω模型)进行风攻角为a=0°,2°,４°,6°时静止绕流计算,以检验不同湍流模型的计算精度;然后对矩形断面在0°风攻角下竖向涡振响应进行了数值模拟,并与已有文献和试验结果进行比较。研究表明:3种湍流模型的计算结果总体较为接近,且与试验结果较为吻合,其中SSTk－ω湍流模型的计算结果与试验结果吻合相对最好;对于升力系数和升力矩系数,3种湍流模型的计算结果都与试验结果存在一定的差异;总体而言采用OpenF

3、OAM的SSTk－ω湍流模型所得静止矩形断面绕流计算结果与试验结果吻合较好。矩形断面涡激振动响应数值模拟结果与试验结果相比锁定风速区间有一定前移,且最大涡振振幅较试验结果略偏大。关键词:桥梁工程;涡激振动;OpenFOAM;矩形断面;计算流体动力学中图分类号:O353．1,U４４1+．3文献标识码:A文章编号:1002－0268(2017)10－0057－10NumericalSimulationofVortex-inducedVibrationofRectangularCross-sectionBasedonOpenFOAMWANGＬin-kai，ＬIUZhi-wen(Ｈun

4、anProvincialKeyＬaboratoryofWindEngineeringandBridgeEngineering，ＨunanUniversity，ChangshaＨunan，４10082，China)Abstract:ForthenumericalsimulationofVIVofstructures，thenumericalsimulationmethodofVIVofstructuresbasedontheopensourcesoftwareOpenFOAM3．0isestablished，i．e．，tosimplifytheVIVofstructuresint

5、oasingledegreeoffreedomoscillatormodel，tosolvethestructurevibrationequationbyNewmark－betamethod，andtocalculateandupdatethedynamicgridwithOpenFOAMdynamicmeshsolver．Takingarectangularsectionwithaspectratioof5forexample，theflowsaroundthestationaryrectangularsectionatattackanglesof0°，2°，４°and6°r

6、espectivelyarecalculatedby3Reynoldsaveraged(RANS)turbulencemodels(SSTk－ωmodel，k－ɛmodelandk－ωmodel)tocheckthesimulationaccuracyofdifferentturbulencemodels．Then，thenumericalsimulationofverticalVIVresponseoftherectangularsectionwithwindattackanglesof0°isconductedusingdynamicmeshtechnology，andth

7、enumericalresultiscomparedwiththeexistingliteratureresultsandexperimentalresults．Theresultshowsthat(1)thecalculationresultsofthe3turbulencemodelsaregenerallyclosetoeachotherandareconsistentwiththeexperimentalresult，thecalculationresultofSSTk－ωturbu