2、电缆风致振动及驱动机器人控制研究

电缆风致振动及驱动机器人控制研究

1. 电缆风致振动的数值模拟

1.1 数值模型设置

在研究电缆风致振动时，进行了一系列的 CFD 模拟。模拟在雷诺数 Re 分别为 1.0×10⁴ 和 1.4×10⁴ 的条件下开展。计算域采用圆柱形几何形状，一个刚性圆柱位于计算域中心，计算域直径是圆柱直径的 40 倍。坐标轴设置如下：
- x 轴：在攻角 α = 0° 时代表流向，其他攻角情况方向不变。
- z 轴：与圆柱轴线重合。
- y 轴：垂直于 x 轴和 z 轴。

入口采用湍流强度为 1% 的条件，出口的表面压力和速度梯度设为零。圆柱表面壁面采用无滑移条件，展向壁面采用周期性条件。无量纲时间定义为 (t^*=\frac{tU_{\infty}}{D})，其中 (t) 是实际时间，(U_{\infty}) 是自由流速度，(D) 是圆柱直径。

1.2 近尾流结构分析

通过对不同攻角下圆柱尾流垂直涡度 (\omega_Z) 的研究发现，随着攻角 α 的增大，剪切层的弯曲程度减小，稳定性增强。在剪切层附近放置探头测量横流速度并进行频谱分析，结果表明卡门涡街的强度随攻角增大而逐渐减弱。

1.3 截面升力研究

1.3.1 不同攻角下的截面升力特征

在雷诺数 Re = 1.4×10⁴ 时，研究了圆柱在四个不同攻角下整个展向的截面升力演变。从升力等值线的红/蓝或黄/青条纹的周期性图案可以识别出卡门涡街的存在。当攻角 α = 30° 时，升力等值线中存在“峰值升力”的移动模式，意味着强卡门涡街沿圆柱展向随时间传播。随着攻角增大，这种传播变弱且不连续。