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棱柱振荡模态相关的尾流模式PIV测量

张卫国  黄浩  徐胜金  
【摘要】:柱体在流动中横向振荡时,其尾流结构与振动频率、振幅及相位有很大关联性,振动直接影响柱体表面的涡量流率大小。了解与振动相关的尾流结构信息,有利于建立二者之间的联系、认清流动与结构振动相互作用的本质。多棱柱是流体机械、航空、桥梁建筑、风工程中常用的结构,其流致振动问题与人们研究最多的圆柱、方柱仍有差别,相关研究还不多见。本文基于这样一种思想:利用PIV(粒子成像速度仪)测量与多棱柱振荡模态(频率、振幅及相位)对应的即时尾流流场,分析柱体表面涡量分布与振荡模态的联系,建立多棱柱体尾涡结构与振荡模态的相互关系。实验将在—0.5×0.5米,最大风速40m/s,湍流度小于0.3%的低速直流风洞内进行。长为满风洞跨度的正八边棱柱水平置于流场中,柱体两端用弹簧支撑,可以沿滑杆自由振动(图1),通过调整柱体质量、弹簧刚度和来流速度,将其振荡频率控制在0~1 5Hz,振荡幅度为0~d,其中d为棱柱外接圆直径。棱柱的振动通过内嵌微型加速度传感器(BK Delta4156)获得,经过基于MATLAB/Simulink的dSPACE软硬件工作平台,识别振荡模态信息,并将此信息作为触发PIV采样的控制信号,即时测量关键振荡模态的尾流流场。实验以棱柱外接圆直径定义的雷诺数Re=1.5~8.0×10~4。

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