清华大学学报(自然科学版)

作者：韩鹏, 黄桥高, 秦登辉, 潘光

单位：1. 清华大学 航天航空学院, 北京 100084;<br>2. 西北工业大学 航海学院, 西安 710012;<br>3. 北京大学 工学院, 北京 100871

关键词：流固耦合,涡激振动,流体动能俘获,降阶模型

基金：国家自然科学基金青年项目(12302317)、重大研究计划重点项目(92252204);中国博士后科学基金面上项目(2023M741883);国家重点研发计划(2022YFC2805200)、国家资助博士后研究人员计划(GZB20230322)

涡激振动(VIV)是一种典型的流固耦合(FSI)现象,除了在结构安全设计方面有重要意义外,近年来在流体动能俘获方向也展现出巨大潜力。该文采用一种基于尾流振子的低成本降阶模型(ROM),以及一种基于直接模拟的计算流体力学—流固耦合(CFD-FSI)求解器,对圆柱VIV俘能效率的全局优化问题展开研究。通过ROM模型,得到了四组不同质量比和Reynolds数下的高分辨率俘能效率优化数据,其中优化参数为阻尼比和折合速度。将ROM模型的预测结果,与CFD-FSI的高保真模拟结果和已有研究中的实测数据进行对比,验证了ROM的有效性。该文发现了最优俘能效率点受到折合速度和质量—阻尼耦合参数的控制;另外,从ROM模型的内在关键参数推论出VIV俘能设备更适于在相应结构固定绕流升力系数更高的流动条件下工作,由此解释了高Reynolds数条件下VIV俘能效率更高的现象;此外,优化结果表明低质量比条件下的VIV俘能设备工作表现更优,由此证明海流能VIV俘能收益高于风能VIV收益。

来源：2024年第8期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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