大振幅条件下薄平板自激气动力的数值模拟

【作者】 王骑； 廖海黎； 李明水； 马存明；

【机构】 西南交通大学风工程试验研究中心；

【摘要】 采用数值模拟的方法,详细研究了二维薄平板在大振幅简谐运动条件下的自激气动力特性。通过获得的气动力时程数据,采用非线性拟合的方法,可获得不同振幅和折算频率下薄平板的颤振导数。分析结果表明,振幅的变化主要对A₄^*,H₄^*A₂^*,以及H₂^*这几项颤振导数产生较大影响,而对于其他导数影响不明显。通过对比小振幅和大振幅条件下的自激气动力时程信号,可以发现在大振幅条件下,气动力中蕴含着明显的高次谐波分量,并导致时程曲线发生变化,不再为单一频率的正弦函数。该条件下对气动力的频谱分析表明,高次谐波分量主要以二次和三次谐波分量为主。通过对大振幅条件下薄平板绕流场特性的分析,可以发现随着薄平板有规律的大幅度振动,其表面将产生显著的气流分离和漩涡脱落现象。漩涡脱落的频率与薄平板振动的频率一致。随着薄平板折算频率的增加,流场变化显著滞后于薄平板运动状态的变化。在此条件下,薄平板周围除了产生尺度较大的漩涡外,还产生了尺度较小的漩涡,并伴随着有规律的漩涡脱落现象。这些小尺度的漩涡正是产生自激气动力非线性分量的直接原因。更多还原