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粘弹性流体涡激振动数值模拟研究

彭赛  熊永亮  
【摘要】:通过向水中加入长链聚合物分子可以得到粘弹性流体。本文通过有限体积法以及动网格技术,对雷诺数从30到5000的粘弹性流体的圆柱绕流单自由度涡激振动进行了2D数值模拟研究。这里选取的振动参数如下,质量比m~*=2,阻尼系数为ξ=0,约化速度从3到12。雷诺数小于500时,本文采用直接数值模拟,当雷诺数大于500时采用大涡模拟。本文中的流固耦合,是通过ALE方法求解得到,具体地,流场计算得到流场对圆柱体的作用力,然后通过四阶龙格库塔法求解圆柱体振动的动力学方程得到圆柱体下一时刻的速度和位移,作为求解网格扩散方程的边界条件,然后求解并更新网格,用于下一时刻的流场计算。在我们的数值研究中,微分形式的FENE-P模型(L~2=10000)被用于刻画稀聚合物溶液的本构关系。本文将牛顿流体涡激振动的计算结果以及固置的粘弹性流体绕流仿真结果与已有文献结果作了对比,吻合较好。本文仿真结果表明:(1)聚合物的添加可以有效抑制结构的涡激振动,抑制效果随着维森贝格数增加而增加;(2)由于加入了聚合物,流场脉动的频率会变慢,导致粘弹性流体涡激振动的锁频区间右移,也就是约化速度变大;(3)对于小雷诺数情况下,聚合物添加可以提高涡激振动的触发雷诺数。

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