摘要: 圆柱体涡激振动问题一直吸引着大量学者的关注。圆柱体涡激振动现象有很多影响因素，如流场因素中的雷诺数、流体的粘性、流体流动状态等，其中流场雷诺数与流场中流体速度有很大关系。目前在圆柱涡激振动问题的研究中常把流场中来流速度形式简化为均... 展开 圆柱体涡激振动问题一直吸引着大量学者的关注。圆柱体涡激振动现象有很多影响因素，如流场因素中的雷诺数、流体的粘性、流体流动状态等，其中流场雷诺数与流场中流体速度有很大关系。目前在圆柱涡激振动问题的研究中常把流场中来流速度形式简化为均匀来流，而实际工程和生活中流体的流动多是有一定速度梯度的剪切流。为了探讨来流形式对圆柱涡激振动问题的影响，本文选取均匀来流和剪切来流两种来流形式，开展了数值模拟研究。在进行数值模拟时，本文采用了自主研发的紧致插值曲线CIP(Constrained Interpolation Profile method)方法，此方法具有精度高稳定性强等优点，将其与浸入边界理论、多相流理论相结合可以较高效率地实现在笛卡尔坐标系下对圆柱绕流和涡激振动问题的研究。 为研究不同来流形式时圆柱涡激振动相关参数的变化，论文首先对小雷诺数Re范围内，均匀来流和剪切来流时圆柱静止绕流问题进行模拟，探讨来流形式对圆柱静止绕流的影响。在发现来流形式对静止圆柱绕流产生影响的规律后，论文又对受迫振动圆柱绕流问题进行数值模拟，研究了均匀来流和剪切来流时，振动频率和振幅对圆柱受力的影响。通过分析发现，均匀来流时升、阻力系数在频率锁定区间内随振动频率增加而增加，在频率锁定区间端点的频率值附近会发生突变。升、阻力系数随振动频率变化的变化趋势在不同振动振幅时基本一致。在频率锁定区间内阻力系数均值随振动振幅增加会逐渐变大，升力系数均方根值随振动振幅增加则逐渐变小;剪切来流时升、阻力系数在振动振幅较小时不受振幅变化的影响，在振动振幅较大时，特定振幅下，在一定剪切率区间内阻力系数随剪切率增加先减小再增大，升力系数随剪切率增加先增大再减小。 在对静止和受迫振动圆柱绕流问题进行探讨之后，论文开展了不同来流行式时单圆柱涡激振动问题的研究。通过分析发现均匀来流时，圆柱在锁定区间内的运动轨迹呈“8”字形，并且重复性较好，圆柱的升力系数和运动位移在折合速度的锁定区间中部会出现相位突变。剪切来流时，随剪切率K变大圆柱的运动轨迹逐渐从“8”字形变为“小雨滴”形，之后随剪切率继续变大，“小雨滴”形状会逐渐变长。 由于篇幅所限，本文最后只对均匀来流时的串列双圆柱涡激振动问题进行了探讨，研究了串列双圆柱中上、下游圆柱的运动自由度组合形式对涡激振动响应的影响。通过研究发现串列双圆柱中一个圆柱双自由度运动时，另一个圆柱的运动自由度个数会对串列双圆柱中的圆柱升阻力系数和漩涡脱落产生较大影响，在研究串列双圆柱涡激振动问题时需要考虑运动自由度的组合形式对串列双圆柱涡激振动问题的影响。 本文的创新点主要有: 本文通过对均匀来流和剪切来流两种来流形式下的静止圆柱、横向受迫振动圆柱绕流及圆柱涡激振动问题展开数值模拟，首次系统的分析了来流形式对圆柱绕流和圆柱涡激振动问题的影响，并指出来流形式是很重要的一个影响因素; 本文将较少关注到的均匀来流时，串列双圆柱的上下游圆柱的不同运动自由度组合形式对圆柱涡激振动响应的影响作为研究重点进行探讨，指出串列双圆柱不同运动自由度组合形式会对串列双圆柱的涡激振动响应产生较大影响. 收起