临界雷诺数区气动力特性是影响细长圆柱结构大幅振动的重要因素之一。该文通过刚性模型测压风洞试验,对临界雷诺数区光滑圆柱动态气动力分布特性及对临界区圆柱发生大幅振动的原因进行了分析。研究结果表明:圆柱在临界雷诺数区会发生大幅振动,当振动发生时,圆柱沿展向的气动力状态有一定的差异,这种气动力状态的差异说明气动力的非定常特性是引起大幅振动的主要原因。

采用任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary La grangian-Eulerian,ALE)描述法,推导了二维流变区域不可压流体流动的控制方程。基于刚性断面边界特点,简化得到了薄平板强迫振动绕流场控制方程,采用有限差分法开展了薄平板大幅强迫扭转振动的CFD模拟。研究发现,薄平板小幅扭转振动气动力呈线性特性,但大幅扭转振动气动力非线性显著,且气动力非线性随来流折算风速的增大而变得显著。从一个周期内气流做功来看,虽然大幅扭转振动时薄平板转动轴到后缘是耗散气流能量的气动稳定区,但当折算风速较高后,上游侧的半个薄平板表面变为气动不稳定区,此时气流对整个薄平板所作总功由负变为正,薄平板将从气流中吸收能量。研究认为,当折算风速较高时,大幅扭转振动的薄平板将进入气动不稳定状态。