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研究生： 劉姿吟
Tzi-Yin Liu
論文名稱： 橫向流流經單一強制振動圓柱之
Uniform flow pass a single forced-vibration cylinder for flow field structure simulation analysis
指導教授： 陳志臣
Jyh-Chen Chen
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 152
中文關鍵詞： 流沖振動 、橫向流 、強制振動 、單一圓柱
外文關鍵詞： single cylinder, forced-vibration, transverse flow, flow-induced vibration
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    • 摘要
    本研究以FIDAP進行在二維流場中橫向流流經單一靜止圓柱及橫向流流經單一強制振動圓柱的尾流場結構之數值模擬分析。
    在橫向流流經單一靜止圓柱的流場分析中，研究特別針對交相渦漩的產生機制進行探討。研究中明確指出交相渦漩的產生機制是來自於流場中所存在的擾動源，而在數值流場中此擾動源可以是入口流速的不均勻性、圓柱表面的不規則性、或是數值流場中所存在的截去誤差。交相渦漩的特性只與流場中的雷諾數有關，而與擾動源無關，擾動源的差異只在於影響交相渦漩產生所需的時間。
    在橫向流流經單一強制振動圓柱的流場分析中發現：圓柱尾流場結構會同時受到雷諾數Re、圓柱振動振幅A、以及圓柱振動頻率F這三個係數影響而有不一樣的尾流場結構。當A值小時，此時即使使用不同的F值，圓柱尾流場也不會受到圓柱振動的影響而產生明顯可辨識的變化。而當A值夠大時，圓柱遠尾流場則會受到圓柱振動的影響而由前後對稱的渦漩結構漸漸轉換為上下對稱的流場結構；此時若使F值由小變大，圓柱遠尾流場也會依序由前後對稱的渦漩結構漸漸轉換為上下對稱的流場結構、最後再轉換為不規則變化的流場。這些變化情形無論雷諾數多少都可以清楚看見，只是當雷諾數愈大，產生同樣結構變化所需的A值會愈小；同時若A值愈大，產生同樣結構變化所需的F值會愈小；也就是說Re、A、及F值三個值的大小，對流場結構都有相互影響。
    另外值得一提的是：研究中發現要了解Re、A、F這三個係數對流場結構的影響，光是比較圓柱近尾流場結構是不夠的，還必須加入圓柱遠尾流場結構的比較分析才可以。

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    目錄 摘要 I 誌謝 II 符號說明 III 目錄 VI 圖表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1-1 研究動機 1 1-2 文獻回顧 2 1-2-1 橫向流流經單一靜止圓柱的流場分析 2 1-2-2 橫向流流經單一強制振動圓柱的流場分析 4 1-3 研究目的 8 第二章 數學模式 10 2-1橫向流流過單一靜止圓柱的流場分析 10 2-2 橫向流流過單一振動圓柱的流場分析 12 2-2-1 絕對座標上的物理模型 12 2-2-2 座標轉換的數學推導 14 2-2-3 移動座標上的物理模型 14 第三章 數值方法 16 3-1 研究方法 16 3-1-1 研究主題設定 16 3-1-2 數值方法 16 3-1-3 數值模擬結果之分析與討論 17 3-2 FIDAP簡介 19 3-2-1 FIDAP的應用 19 3-2-2 FIDAP提供的元素形式及數值方法 20 3-2-3 FIDAP的套裝軟體功能說明 23 3-3 研究中FIDAP使用說明 25 3-3-0 FIDAP的開啟與結束 25 3-3-1 有限元素法前處理 26 3-3-2 有限元素法數值計算 31 3-3-3 有限元素法後處理 31 3-3-4 使用FIDAP進行流場分析的流程說明 33 3-4 重要之流場分析係數計算說明 36 第四章 結果與討論 38 4-1程式參數設定 38 4-1-1 計算網格設定 38 4-1-2 數值計算參數dt的影響 39 4-1-2 初始條件的影響 39 4-1-3 下游遠尾流場邊界條件的影響 40 4-2程式驗証 42 4-3 橫向流流經單一靜止圓柱所產生之近尾流場探討 43 4-3-1 交相渦漩現象的產生機制 43 4-3-2 在不同雷諾數下的圓柱尾流場型態 45 4-4 橫向流流經一振動圓柱所產生之近尾流場探討 49 4-4-1 探討在固定Re、F = 1.0的條件下，A值對圓柱尾流場的影響 49 4-4-2 探討在固定Re、A值的條件下，F值大小對圓柱尾流場的影響 54 4-4-3 綜合討論Re、A、及F對單一振動圓柱尾流場的影響 59 第五章 結論 62 參考文獻 66 圖(表) 69

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