不同風(fēng)向角下線形布置雙方柱脈動(dòng)氣動(dòng)力特性研究

楊 群， 吳倩云， 姜會民， 劉慶寬， 劉小兵

(1. 石家莊鐵道大學(xué) 省部共建交通工程結(jié)構(gòu)力學(xué)行為與系統(tǒng)安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 石家莊 050043；2. 河北省風(fēng)工程和風(fēng)能利用工程技術(shù)創(chuàng)新中心， 石家莊 050043； 3. 石家莊鐵道大學(xué) 土木工程學(xué)院， 石家莊 050043)

線形布置雙方柱的結(jié)構(gòu)形式在大跨度橋梁的墩塔、高層建筑及高聳結(jié)構(gòu)等實(shí)際工程中應(yīng)用較多。由于間距不大，雙方柱之間存在氣動(dòng)干擾效應(yīng)。這種干擾效應(yīng)與來流風(fēng)向角密切相關(guān)。如圖1所示，根據(jù)來流風(fēng)向不同，線形布置雙方柱的布置形式可以分為三種：當(dāng)來流風(fēng)向與雙方柱的重合對稱軸平行時(shí)，為串列布置(見深灰色箭頭)；當(dāng)來流風(fēng)向垂直于雙方柱的重合對稱軸時(shí)，為并列布置(見淺灰色箭頭)；當(dāng)來流風(fēng)向既不平行也不垂直雙方柱的重合對稱軸時(shí)，為斜列布置。

圖1 雙方柱布置形式

查閱相關(guān)文獻(xiàn)不難發(fā)現(xiàn)，目前線形布置雙方柱的氣動(dòng)力特性研究主要是針對串列和并列兩種布置形式展開的。陳素琴等[1]數(shù)值計(jì)算了串列雙方柱的繞流及氣動(dòng)力，再現(xiàn)了氣動(dòng)力在臨界間距時(shí)的不連續(xù)跳躍。杜曉慶等[2]和Kim等[3]分別利用數(shù)值模擬和粒子圖像技術(shù)分析了串列雙方柱周圍的流動(dòng)狀態(tài)及其對氣動(dòng)力特性的影響，發(fā)現(xiàn)不同間距下的流動(dòng)狀態(tài)和氣動(dòng)力有很大差異。樊曉羽等[4]所開展的研究則發(fā)現(xiàn)，串列雙方柱在臨界間距范圍內(nèi)的繞流會出現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)特征。陳素琴等[5]數(shù)值模擬了并列雙方柱在較小間距時(shí)的偏流現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)，偏流邊的方柱具有較大的氣動(dòng)力和渦脫頻率。Alam等[6-7]通過風(fēng)洞試驗(yàn)方法，將并列雙方柱的流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了分類，并分析了每種狀態(tài)的氣動(dòng)力特性。Han等[8]數(shù)值計(jì)算不同間距下并列雙方柱的流場，發(fā)現(xiàn)兩方柱中心距為1.5倍～3.5倍的方柱邊長時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)和氣動(dòng)力變化顯著。饒勇等[9]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，并列雙方柱的流動(dòng)從偏流型轉(zhuǎn)向?qū)ΨQ型的臨界間距比(兩方柱中心與方柱邊長的比)為2.5。

與串列和并列雙方柱相比，相對來流呈斜列布置的線形雙方柱的氣動(dòng)力特性研究相對較少。馬健等[10]通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究了不同風(fēng)向角下線形布置雙方柱的氣動(dòng)力，發(fā)現(xiàn)在某些風(fēng)向角下，氣動(dòng)荷載會加大。Du等[11]通過風(fēng)洞試驗(yàn)研究了不同間距和風(fēng)向角下，線形布置雙方柱的氣動(dòng)力特性，分析討論了小間距、中等間距和大間距下氣動(dòng)力特性隨風(fēng)向角的變化規(guī)律。

在實(shí)際工程中，由于風(fēng)向的多樣性，線形布置雙方柱相對來流一般處于斜列狀態(tài)。采用串列和并列兩種特殊狀態(tài)下的氣動(dòng)力進(jìn)行雙方柱結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)可能偏于危險(xiǎn)，十分有必要全面掌握不同風(fēng)向角對線形布置雙方柱氣動(dòng)力的影響規(guī)律?；诖耍ㄟ^風(fēng)洞試驗(yàn)的方法，測試并討論了多個(gè)不同風(fēng)向角下線形布置雙方柱在不同間距時(shí)的氣動(dòng)力特性，并與單方柱進(jìn)行了對比分析。由于篇幅的限制，本文主要分析了不同風(fēng)向角下線形布置雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力特性。

1 風(fēng)洞試驗(yàn)概況

如圖2所示，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋M截面邊長為80 mm，高為 2 000 mm。試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎肁BS板制作，通過內(nèi)部設(shè)置多道橫隔板和中間方鋼整體支撐的方式，盡可能提高模型的強(qiáng)度和剛度，使之在試驗(yàn)風(fēng)速下不發(fā)生明顯的變形和振動(dòng)。模型的中間位置布置風(fēng)壓測點(diǎn)，方形截面每邊布置15個(gè)測點(diǎn)，共60個(gè)。為區(qū)分兩個(gè)方柱，將方柱進(jìn)行編號。具體的測點(diǎn)布置、編號及風(fēng)向角定義如圖2所示。

(a) 單方柱

模型安裝在石家莊鐵道大學(xué)大氣邊界層風(fēng)洞低速試驗(yàn)段轉(zhuǎn)盤上，試驗(yàn)段長24 m，寬4.38 m，高3 m，最大風(fēng)速約30 m/s，湍流度不大于0.4%。如圖3所示，模型下端與試驗(yàn)段轉(zhuǎn)盤剛性連接，上端與試驗(yàn)段上頂面鉸接。通過平移模型來改變雙方柱模型的間距，來流風(fēng)向角的改變通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤實(shí)現(xiàn)。

圖3 試驗(yàn)安裝示意圖(mm)

試驗(yàn)時(shí)，采用均勻流場。首先進(jìn)行單方柱試驗(yàn)，風(fēng)向角范圍為0°～45°，變化步長為5°。風(fēng)速為6 m/s和10 m/s。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩種不同風(fēng)速下，單方柱無論是局部的測點(diǎn)平均風(fēng)壓系數(shù)還是整體的氣動(dòng)力系數(shù)都非常接近，表明方柱的氣動(dòng)特性對雷諾數(shù)不敏感，這與既有文獻(xiàn)的研究結(jié)論相吻合。如圖4所示，不同風(fēng)向角下單方柱的平均阻力系數(shù)和平均升力系數(shù)與已有結(jié)果[12-13]吻合較好。平均阻力系數(shù)隨風(fēng)向角的增加先減小后逐漸增大，而平均升力系數(shù)的絕對值隨風(fēng)向角的增大先增大后減小最后逐漸趨于0。平均阻力系數(shù)和平均升力系數(shù)均在10°～15°間達(dá)到極值。

圖4 單方柱的平均氣動(dòng)力系數(shù)

單方柱的試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速為10 m/s時(shí)，模型中部發(fā)生輕微晃動(dòng)，而風(fēng)速為6 m/s時(shí)，模型則基本靜止不動(dòng)。考慮到模型的晃動(dòng)可能會對雙方柱的測試精度產(chǎn)生影響，雙方柱的試驗(yàn)風(fēng)速為6 m/s。取方柱邊長為特征尺寸，計(jì)算可得雷諾數(shù)為3.2×104。雙方柱的試驗(yàn)風(fēng)向角范圍為0°～90°。與單方柱相同，風(fēng)向角的變化步長也為5°。兩方柱中心間的距離L與方柱邊長D的比值L/D分別為1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0。雙方柱模型的阻塞率隨著風(fēng)向角的增大而增大，最大阻塞率約為3.44%。

圖5給出了串列雙方柱的平均阻力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律?？梢钥吹剑疚脑囼?yàn)結(jié)果與既有文獻(xiàn)結(jié)果吻合較好，雙方柱的平均阻力系數(shù)均在3.0

(a) 上游方柱1

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析討論

雙方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)云圖和脈動(dòng)升力系數(shù)云圖分別如圖6和圖7所示，并與單方柱的結(jié)果進(jìn)行了對比。圖中脈動(dòng)阻力系數(shù)和脈動(dòng)升力系數(shù)定義為

(1)

(2)

式中：CD(i)和CL(i)分別為對各測點(diǎn)風(fēng)壓積分得到的阻力系數(shù)時(shí)程和升力系數(shù)時(shí)程；CD,mean和CL,mean分別為對時(shí)程取均值得到的平均阻力系數(shù)和平均升力系數(shù)，N=9 900，為采樣點(diǎn)數(shù)。

從圖6和圖7可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)向角0°≤α≤10°和80°≤α≤90°時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力在某個(gè)臨界間距時(shí)會發(fā)生明顯的突變，但二者發(fā)生突變的臨界間距有所不同。在10°<α<80°時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力雖然也隨間距的變化而變化，但并沒有發(fā)生明顯的突變。據(jù)此，可將線形布置雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力特性按風(fēng)向角分為三種，分別為：小風(fēng)向角(0°≤α≤10°)、中等風(fēng)向角(10°<α<80°)、大風(fēng)向角(80°≤α≤90°)。下面將詳細(xì)分析討論在此三類風(fēng)向角時(shí)，脈動(dòng)氣動(dòng)力特性的變化規(guī)律。

本文提出了基于磁開關(guān)的近方波脈沖Marx發(fā)生器技術(shù)路線，摒棄了傳統(tǒng)發(fā)生器中的氣體開關(guān)與觸發(fā)系統(tǒng)，利用磁開關(guān)磁場的同步控制，保證各級開關(guān)同步導(dǎo)通。同時(shí)，基于多倍頻電壓脈沖的疊加原理，使得發(fā)生器具備輸出方波脈沖的能力。

(a) 上游方柱1

(a) 上游方柱1

2.1 小風(fēng)向角 (0°≤α≤10°)

小風(fēng)向角時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律如圖8所示。上游方柱1和下游方柱2的脈動(dòng)阻力系數(shù)均發(fā)生了突變。值得注意的是，風(fēng)向角為0°和5°時(shí)，雙方柱脈動(dòng)阻力系數(shù)發(fā)生突變的臨界間距比為3.0

圖8 0°≤α≤10°時(shí)雙方柱在不同間距比時(shí)的脈動(dòng)阻力系數(shù)

小風(fēng)向角時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律如圖9所示。雙方柱的脈動(dòng)升力系數(shù)發(fā)生突變的臨界間距與脈動(dòng)阻力系數(shù)一致。在間距小于臨界間距時(shí)，上游方柱1的脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的增加小幅減小。下游方柱2的脈動(dòng)升力系數(shù)小幅波動(dòng)，主要集中在0.3左右。在間距大于臨界間距時(shí)，上游方柱1在風(fēng)向角為0°和5°時(shí)，脈動(dòng)升力系數(shù)趨于平穩(wěn)，接近單方柱的值，在風(fēng)向角為10°時(shí)，脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的增大，先增大后減小最后趨于穩(wěn)定，接近單方柱的值。下游方柱2在風(fēng)向角為0°和5°時(shí)，脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的增大逐漸減小，小于單方柱的值，在風(fēng)向角為10°時(shí)，脈動(dòng)升力系數(shù)趨于平穩(wěn)，大于單方柱的值。

圖9 0°≤α≤10°時(shí)雙方柱在不同間距比時(shí)的脈動(dòng)升力系數(shù)

為進(jìn)一步分析小風(fēng)向角時(shí)雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力特性，以下選取5°風(fēng)向角時(shí)雙方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行討論。脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)定義如下

(3)

式中：Cp(i)為測點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)時(shí)程;Cp,mean為對時(shí)程取均值得到的平均風(fēng)壓系數(shù)。

圖10顯示了風(fēng)向角為5°時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)在不同間距比時(shí)的變化規(guī)律?？梢钥闯觯?1) 在間距小于臨界間距時(shí)，上游方柱1各個(gè)面的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)均很小，在0.1左右；下游方柱2各個(gè)面上的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)基本小于單方柱的值，這表明下游方柱2的存在對上游方柱1尾部的旋渦脫落起到了明顯的抑制。(2) 在間距大于臨界間距時(shí)，上游方柱1各個(gè)面的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)均與單方柱的值接近，表明下游方柱2不再抑制上游方柱1的旋渦脫落。下游方柱2的a-b面脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)大于單方柱的值。b-c面脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)由b到c呈現(xiàn)出先增加后減小再增大的變化規(guī)律，在角點(diǎn)b附近，下游方柱2的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)大于單方柱的值，在角點(diǎn)c附近則相反。c-d面脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)由角點(diǎn)c到角點(diǎn)d的變化規(guī)律與單方柱相似，且隨著間距比的增大，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的值逐漸減小。d-a面脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)由角點(diǎn)d到角點(diǎn)a先減小后增大，最后略微減小，且在角點(diǎn)d附近，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)接近單方柱的值，在角點(diǎn)a附近，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)大于單方柱的值。綜上，當(dāng)間距大于臨界間距時(shí)，上游方柱1尾部脫落的旋渦作用在下游方柱2的迎風(fēng)面(a-b)和兩側(cè)面的前端，導(dǎo)致這些位置的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)明顯偏大。

(a) 上游方柱1

2.2 中等風(fēng)向角 (10°<α<80°)

中等風(fēng)向角時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力隨間距比的增大沒有發(fā)生突變現(xiàn)象。仔細(xì)觀察圖6和圖7可看到，中等風(fēng)向角時(shí)雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力系數(shù)根據(jù)變化規(guī)律又可細(xì)分為兩類：10°<α≤30°和30°<α<80°，下面詳細(xì)分析討論此兩類風(fēng)向角時(shí)脈動(dòng)氣動(dòng)力系數(shù)的變化規(guī)律。

2.2.1 10°<α≤30°

圖11為風(fēng)向角10°<α≤30°時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律?？梢钥闯觯嫌畏街?的脈動(dòng)阻力系數(shù)隨間距比的增大先逐漸減小后增大，最后趨于平穩(wěn)，接近單方柱的值。脈動(dòng)阻力系數(shù)在間距比3.0≤L/D≤3.5時(shí)出現(xiàn)極小值。下游方柱2的脈動(dòng)阻力系數(shù)在間距比1.2≤L/D≤3.0時(shí)變化不大，集中在0.1附近，之后隨間距比的增大，先逐漸增大，然后逐漸減小，接近單方柱的值。

圖11 10°<α≤30°時(shí)雙方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)

圖12為風(fēng)向角10°<α≤30°時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律?？梢钥闯?，上游方柱1的脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的增大先集中在0.05左右，后逐漸增大，在間距比為4.5時(shí)取得最大值，隨后逐漸減小趨于平穩(wěn)，接近單方柱的值。下游方柱2的脈動(dòng)升力系數(shù)在1.2≤L/D≤3.0時(shí)整體變化不大，在3.0

圖12 10°<α≤30°時(shí)雙方柱的脈動(dòng)升力系數(shù)

以25°風(fēng)向角時(shí)雙方柱脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)一步分析雙方柱在此風(fēng)向角范圍的脈動(dòng)氣動(dòng)力特性。圖13為25°風(fēng)向角時(shí)雙方柱各部分的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)。

(a) 上游方柱1

(b) 下游方柱2

與單方柱相比，上游方柱1脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)最大的變化在面c-d和面d-a。在間距比1.2≤L/D≤3.5時(shí)，這兩個(gè)面上的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)遠(yuǎn)小于單方柱的值。這應(yīng)該與下游方柱對上游方柱角點(diǎn)a和角點(diǎn)c處旋渦脫落的抑制有關(guān)。隨著間距的增大，這種抑制效應(yīng)逐漸減弱，因此，這兩個(gè)面上的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)逐漸接近單方柱的值。

與單方柱類似，在較小間距時(shí)，下游方柱2脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的最大變化也表現(xiàn)在面c-d和面d-a上，此兩個(gè)面上的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)明顯偏小，這與上游方柱對來流風(fēng)的干擾有密切關(guān)系。在較大間距時(shí)，下游方柱2脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的最大變化體現(xiàn)在角點(diǎn)b附近。此位置的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)顯著大于單方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)，這可能是因?yàn)檩^大間距時(shí)，上游方柱1角點(diǎn)c脫落的旋渦作用在下游方柱2的角點(diǎn)b附近。

2.2.2 30°<α<80°

圖14為風(fēng)向角30°<α<80°時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律。由圖14可知，上游方柱1和下游方柱2的脈動(dòng)阻力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律一致，均隨間距比的增大先減小后增大，最后逐漸趨近單方柱的值。同時(shí)可以看出，當(dāng)1.2≤L/D≤2.0時(shí)，上游方柱1和下游方柱2的脈動(dòng)阻力系數(shù)接近。風(fēng)向角10°<α≤30°時(shí)，上、下游方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)在1.2≤L/D<2.0時(shí)，隨間距比的增大基本不變，這與風(fēng)向角30°<α<80°時(shí)明顯不同。

圖14 30°<α<80°時(shí)雙方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)

圖15為風(fēng)向角30°<α<80°時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律。由圖15可知，上游方柱1的脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的增大，先小幅變化后逐漸增大，最后逐漸穩(wěn)定，接近單方柱的值。下游方柱2的脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的增大，先減小后逐漸增大，接近單方柱的值。與風(fēng)向角10°<α≤30°相比，在小間距比時(shí)，下游方柱2的脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的變化更劇烈。

圖15 30°<α<80°時(shí)雙方柱的脈動(dòng)升力系數(shù)

為進(jìn)一步分析風(fēng)向角30°<α<80°時(shí)雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力特性，選擇了風(fēng)向角為50°時(shí)雙方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)進(jìn)行分析討論。

如圖16所示，與單方柱相比，上游方柱1脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的變化主要集中在面c-d和面d-a上。對于c-d面，當(dāng)1.2≤L/D≤1.4時(shí)，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)由角點(diǎn)c到角點(diǎn)d呈現(xiàn)出先不變后減小最后趨于平穩(wěn)的變化規(guī)律，角點(diǎn)d處的值小于單方柱的值；當(dāng)1.6≤L/D≤2.0時(shí)，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的值集中在0.1左右，遠(yuǎn)小于單方柱的值；當(dāng)2.5≤L/D≤8.0時(shí)，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)隨間距比的增大逐漸接近單方柱的值，且由角點(diǎn)c到角點(diǎn)d逐漸增大。對于d-a面，當(dāng)1.2≤L/D≤2.0時(shí)，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)分布均勻，明顯小于單方柱的值，間距比越大，減小幅度越大；當(dāng)2.5≤L/D≤3.5時(shí)，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)由d到a先減小后增大，最后逐漸趨于平穩(wěn)，且隨著間距比的增加，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)逐漸增大趨于單方柱的值；當(dāng)4.0≤L/D≤8.0時(shí)，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)由角點(diǎn)d到角點(diǎn)a逐漸減小，接近單方柱的值。

(a) 上游方柱1

與上游方柱1類似，下游方柱2脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)的干擾效應(yīng)也集中表現(xiàn)為小間距時(shí)面c-d和面d-a上的減小效應(yīng)。這種減小效應(yīng)隨著間距的增大先增強(qiáng)后減弱，在L/D=2.0減小效應(yīng)最強(qiáng)，表現(xiàn)在整體上，脈動(dòng)阻力系數(shù)和脈動(dòng)升力系數(shù)在此間距時(shí)也達(dá)到了最小值。與上游方柱1不同，當(dāng)間距很小時(shí)(1.2≤L/D≤1.4)在角點(diǎn)b附近，脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)遠(yuǎn)大于單方柱的值，這可能與很小間距時(shí)氣流在下游方柱2角點(diǎn)b處的渦脫有關(guān)。

2.3 大風(fēng)向角(80°≤α≤90°)

圖17和圖18分別為大風(fēng)向角(80°≤α≤90°)時(shí)，雙方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)和脈動(dòng)升力系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律。由這兩圖可以看出，當(dāng)1.2≤L/D≤2.0時(shí)，上游方柱1和下游方柱2脈動(dòng)阻力系數(shù)和脈動(dòng)升力系數(shù)均相差不大，且明顯小于單方柱的值。當(dāng)2.0

圖17 80°≤α≤90°時(shí)雙方柱的脈動(dòng)阻力系數(shù)

圖18 80°≤α≤90°時(shí)雙方柱的脈動(dòng)升力系數(shù)

以85°風(fēng)向角為例，討論分析大風(fēng)向角時(shí)雙方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)變化規(guī)律。圖19為85°風(fēng)向角時(shí)各個(gè)面的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)隨間距比的變化規(guī)律?？梢钥闯?，當(dāng)1.2≤L/D≤2.0時(shí)，上下游方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)集中在0.1左右，遠(yuǎn)小于單方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)，這與雙方柱旋渦脫落的抑制有關(guān)。隨著間距的增大，上下游方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)迅速增大。當(dāng)L/D=3.0時(shí)，雙方柱一些位置上的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)甚至大于單方柱的值，表明脫落的旋渦不但沒有抑制，反而得到了加強(qiáng)。隨著間距的進(jìn)一步增大，上下游方柱的脈動(dòng)風(fēng)壓系數(shù)逐漸與單方柱的值靠近，說明雙方柱間的氣動(dòng)干擾逐漸減弱。

(a) 上游方柱1

3 結(jié) 論

通過剛性模型測壓風(fēng)洞試驗(yàn)，測試并分析討論了不同風(fēng)向角下線形布置雙方柱在不同間距時(shí)的脈動(dòng)氣動(dòng)力特性，主要得到了如下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1) 線形布置雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力特性按風(fēng)向角可分為三大類，分別為小風(fēng)向角(0°≤α≤10°)、中等風(fēng)向角(10°<α<80°)和大風(fēng)向角(80°≤α≤90°)。

(2) 小風(fēng)向角和大風(fēng)向角時(shí)，線形布置雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力系數(shù)分別在3.0

(3) 中等風(fēng)向角下，線形布置雙方柱的脈動(dòng)氣動(dòng)力系數(shù)隨間距的變化沒有發(fā)生突變，按風(fēng)向角可細(xì)分為兩類：當(dāng)10°<α≤30°時(shí)，脈動(dòng)氣動(dòng)力系數(shù)在L/D<3.5時(shí)基本不變，在L/D>3.5時(shí)逐漸增大后趨于平穩(wěn)，接近單方柱的值；當(dāng)30°<α<80°時(shí)，脈動(dòng)氣動(dòng)力系數(shù)隨間距的增大呈現(xiàn)出先減小后增大，最后趨于平穩(wěn)的變化規(guī)律，在L/D=2.0時(shí)達(dá)到最小值。