用于研究具有横向振荡的方形内联圆柱体中流动的格子玻尔兹曼方法

《Scientific Reports》：Lattice boltzmann method for investigation of flow through square in-line cylinders with transverse oscillation

　　

摘要

本文采用格子玻尔兹曼方法对六个横向振动的并排方形圆柱体在流体中的流固相互作用进行了数值研究。研究了激励振动频率与静止圆柱体的自然涡脱落频率之比（\(\:{f}_{e}/f_{o}\)，其中\(\:{f}_{e}\)为激励振动频率，\(\:{f}_{o}\)为静止圆柱体的自然涡脱落频率）对尾流动力学及流动模式的影响。模拟在雷诺数Re＝80、无量纲间隙比s/d＝1.0以及振动幅值比A/d＝0.2的条件下进行，振动频率比的范围为0.1＜\(\:{f}_{e}/f_{o}\:≤2.0。研究发现了三种不同的流动模式：同步锁定状态（0.8≤\(\:{f}_{e}/f_{o}\)≤1.4）、准周期锁定状态I（1.6≤\(\:{f}_{e}/f_{o}\)≤2.0）以及准周期非锁定状态I（0.1≤\(\:{f}_{e}/f_{o}\)≤0.6）。这种同步范围比单个振动圆柱体的情况更宽。整个圆柱阵列被一个连续的尾流包覆，且在较高振动频率下，由于涡旋的合并以及最后一个圆柱体下游多极涡旋的形成，尾流会逐渐恢复。第一个圆柱体所受的平均阻力最大，随后沿下游圆柱体逐渐减小并再次上升。