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低雷诺数下串联双圆柱涡激振动机理的数值研究
摘要
本文研究了低雷诺数下串联双圆柱涡激振动机理的数值模拟，通过计算流体力学（CFD）模拟和分析，研究结果表明，在低雷诺数下，双圆柱流动会产生自激振动，然后这种振动会导致涡脱落和剪切。进一步研究表明，双圆柱间距较小时，振动模态相互干扰，产生更强的涡脱落和剪切，对鱼雷等运动物体的水动力特性有重要影响。
关键词：低雷诺数；双圆柱涡激振动；涡脱落；水动力特性
Introduction
双圆柱涡激振动是一种在流体力学和水动力学等领域中具有重要应用的现象。该现象一般指两个圆柱的流动，产生自激振动并且会导致剪切力和涡脱落等现象。双圆柱涡激振动机理的研究，对于理解水动力学特性，提高流体力学模拟精度，设计水下翼型，改善运动物体的水动力性能等方面具有重要意义。
在低雷诺数下，双圆柱涡激振动的机理更加复杂，因此需要通过数值模拟的方式来进行研究。本文采用计算流体力学（CFD）模拟方法，研究低雷诺数下串联双圆柱涡激振动的机理和特性。
Methods
通过使用ANSYSFluent软件，建立了一个二维的计算域，包含两个等径圆柱，直径为D，间距为L，垂直于流向。通过对圆柱周围流体的运动进行计算，得到流场和压力等相关参数数据。
为了验证模拟结果的准确性，我们采用了实验数据进行对比。通过实验测量，获得了两个圆柱间距为1.5D和2D时的卡门涡街形态和平均压力系数。进一步比较模拟结果和实验数据，发现两者趋势基本一致，表明数值模拟结果具有一定可靠性。
Results
在低雷诺数下，我们发现双圆柱流动会产生自激振动，一般的振动模式是S型和P型。S型振动是指两个圆柱同时向流向方向振动，和平行于流向方向的涡脱落和剪切有关。P型振动是指两个圆柱交替向流向方向振动，和垂直于流向方向的涡脱落和剪切有关。
同时，我们发现在双圆柱之间的空间较小时，由于振动模态相互干扰，涡脱落和剪切会更加强烈。另外，双圆柱之间的间距和振动频率对涡脱落和剪切的影响也非常显著。
Conclusion
本文通过对低雷诺数下串联双圆柱涡激振动的数值模拟和分析，得出了双圆柱振动的机理和特性。结果表明，双圆柱间距较小时振动模态相互干扰，产生更强的涡脱落和剪切，对鱼雷等运动物体的水动力特性有重要影响。
此外，本研究还可以为改善运动物体的水动力性能、提高海洋资源利用率等提供一定的理论和技术支持。