论文摘要
能源获取和利用的方式随着社会进步而不断发展,近年来随着材料技术和电子技术的进步,利用钝体结构的流致振动特性进行能量收集成为越来越重要的研究方向,而增强结构振动是提升能量收集效率的有效方式。本文利用气动优化方法,将圆柱和附属杆组合加强结构振动从而提高能量收集效率。借助计算流体力学工具,研究了附属杆的位置、形状、尺寸对圆柱气动特性,振动特性以及能量收集效果的影响,并且与多圆柱串联进行了对比。按照圆柱绕流时流体是否发生再附着现象,将工况分为两类。附属杆的附着角α的范围为0°至90°,第一类附着角较小(15°,30°),发生再附着现象,升力和阻力有所降低,斯托拉哈数有小幅增加。第二类工况附着角较大(45°至90°),流体分离后不会发生再附着现象,升力有明显的加强,增强了漩涡脱落能量,并且三角形附属杆工况更容易受附着角变化的影响。进一步将研究对象简化为单自由度的弹簧阻尼系统,研究各工况能量收集特性。第一类工况减小了锁定区范围和最大振幅,明显的抑制圆柱的流致振动现象;第二类工况的无量纲振幅和无量纲功率相比于标准圆柱有大幅提升,整体上呈现上升趋势,其中α=60°的工况增强振动的效果最好。三种因素对圆柱流致振动特性的影响从大到小以依次为:附属杆位置、形状和尺寸。串联双圆柱工况中,除了α=30°工况上游柱振动受到下游柱影响,振幅有所提高外,其余工况上游柱无量纲功率,振幅以及频率基本保持了与对应单圆柱工况相同的分布。对于下游柱,其振动特性受上游圆柱的尾流影响较大:标准圆柱工况和α=30°工况的振幅和功率相较于上游柱有较大提升,这种提升与间距比成反比。而第二类工况的下游柱无量纲功率在折减速度较大时会接近甚至超过上游柱功率。在对比不同数量的串联圆柱的能量收集特性发现,随着串联圆柱数量增加,标准圆柱工况和α=30°工况的平均功率会随之提高,而对第二类工况的在低速区平均功率随之减小。各工况的总无量纲功率分布可分为三个区间,低折减速度时,各工况的总功率相差不大;中等折减速度时,标准圆柱工况的总功率最大,高折减速度时,标准圆柱工况由于“自限性”,总功率迅速减小维持在低水平,α=60°工况总功率有大幅增长并且随着串联数量的增加而增加,其总体能量收集效果最好。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 刘风喜
导师: 肖仪清
关键词: 圆柱,附属杆,绕流特性,流固耦合,能量收集,串联多圆柱
来源: 哈尔滨工业大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 力学,新能源
单位: 哈尔滨工业大学
基金: 深圳市科技计划基础研究学科布局项目,项目编号为JCYJ20170413105418298
分类号: O353.1;TK82
DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002560
总页数: 92
文件大小: 24631K
下载量: 36
相关论文文献
- [1].尾流干扰下下游圆柱气动性能的流场机理[J]. 湖南大学学报(自然科学版) 2019(07)
- [2].错列双圆柱下游圆柱的升力机理[J]. 同济大学学报(自然科学版) 2019(04)
- [3].高雷诺数下串列圆柱尾流致涡激振动的机理研究[J]. 振动工程学报 2018(04)