不同几何形状振荡器的流致振动行为与能量收集性能的数值研究

本文通过计算流体力学(CFD)数值模拟，系统研究了厚度和前端板几何形状对振荡器流致振动(FIV)特性及能量收集的影响（Re=5×104-1.4×105）。研究发现所有振荡器均呈现涡激振动(VIV)与驰振(galloping)耦合现象，其中Y型振荡器表现出最优的振动幅值和能量转换效率。该研究为优化FIV能量收集装置设计提供了重要理论依据。

　　

Highlight

本研究采用计算流体动力学(CFD)对具有不同厚度和前板几何形状的振荡器在雷诺数(Re)5×10⁴至1.4×10⁵范围内的流致振动(FIV)特性和能量收集潜力进行了数值研究。

Computational model

我们对FIV模型进行了系统简化。鉴于实际振动条件下横向(y方向)振荡幅度显著大于流向(x方向)，研究主要关注横向振动效应。同时，由于材料特性存在不确定性，我们采用刚性体假设来简化结构变形模拟。

Influence of oscillator thickness

前期研究表明传统钝体振荡器与薄板振荡器在FIV能量收集中具有显著差异。本研究重点探讨了振荡器厚度变化过程中FIV特性的演变规律，这不仅有助于深入理解FIV的物理机制，还能为优化设计提供理论指导。

Conclusions

通过大范围雷诺数(Re=5×10⁴～1.4×10⁵)的数值模拟，系统研究了不同厚度和前板形状刚性振荡器的FIV特性。主要发现包括：所有振荡器都表现出VIV和驰振耦合现象；Y型振荡器展现出最大的振动幅度和能量转换效率；叉型结构则显示出最高的驰振频率。这些发现为FIV能量收集应用中的振荡器优化设计提供了重要参考。