低雷诺数下串列双圆柱涡激振动的数值模拟

针对海洋立管中常发生的流致振动问题，本文采用自主研发的CIP-ZJU数值模型，对雷诺数Re=150条件下串列双圆柱的涡激振动进行模拟。该模型在笛卡尔网格系统下建立，采用具有三阶精度的CIP方法求解N-S （navier-stokes）方程，采用浸入边界法处理流-固耦合问题。本文仅考虑圆柱的横向振动，具体分析不同间距比和折合速度，并分别考虑上游圆柱固定和自由振动两种工况，得到柱体振动响应、受力响应和流场信息，验证了本模型在处理柱体涡激振动问题的有效性。结果表明：串列情况下下游圆柱的最大振幅要明显大于单柱的情况，双圆柱涡激振动的阻力系数普遍比单圆柱涡激振动时要小；上游圆柱固定时，下游圆柱的振动频率几乎不由斯特劳哈尔频率控制；而当上游圆柱自由振动时，在折合速度4 ≤ Ur ≤ 5时，上游圆柱后方产生两列涡，使下游圆柱的运动范围限制在两列涡之间，可对其振动产生了抑制作用。