低雷诺数下倾斜D形截面圆柱流致振动的相位动力学

《Physical Review Fluids》：Phase dynamics in the flow-induced vibration of an inclined D-section cylinder at low Reynolds numbers

　　在雷诺数Re=100下，采用二维层流数值模拟研究了D形截面圆柱的流致振动，其中圆柱仅允许横向运动。取向角固定为α=60°，考虑三个质量比m*=5、10和20，并在一定的约化速度范围内进行模拟。分析将非线性数值模拟与线性稳定性分析相结合，采用由特征系统实现算法辨识的降阶模型、结构能量份额分析、瞬时相位分析以及动态模态分解（DMD）。在低约化速度下，升力和位移保持频率同步，但升力响应先于位移响应达到最大值。线性稳定性和结构能量份额结果表明，这一偏移与流动相关模态和结构模态的结构参与度变化有关。在较高约化速度下，观察到有限过渡区间，在此区间内主导的结构频率和升力频率不再重合。在该区间内，位移振幅在主要锁定响应之后减小，随后出现局部恢复，而升力与位移之间的瞬时相位差既不接近0°也不接近±180°。具有代表性的DMD结果显示，主导尾迹频率分量相应地向更高频率偏移。在更高的约化速度下，响应趋近于低振幅状态，升力与位移接近反相。过渡区间随着质量比的增加而变宽，之后系统趋近于升力与位移接近反相的低振幅状态。这些结果刻画了有限过渡响应的特征，并阐明了在所研究的约化速度范围内其向低振幅状态演化的过程。