第四章选取三维圆柱体模型，在不同约化速度和不同阻尼比系数下，进行双向流固耦合计算，得到相应的振幅，比较不同条件下圆柱体的获能效率大小，分析影响参数。

对于涡激振动响应的研究，国内外研究工作主要有三个方向：实验、数值模拟和半经验数学模型。对涡激振动进行实验研究，虽然内容丰富，但是成本比较高。所以本文采用数值模拟的方法研究涡激振动响应。

随着计算机硬件设施的提高和计算方法逐步发展，计算流体力学（CFD）计算方法得到了十分普遍的应用。其中CFX模块和大多数CFD软件不同的是，CFX采用了基于有限元的有限体积法，不仅保证了有限体积法的守恒特性，还吸收了有限元法的数值精确性。在有限元的有限体积法基础上，对四面体网格单元采用60点插值，而有限体积法仅采用4点插值；对六面体网格单元采用24点插值，而有限体积法仅采用6点插值。虽然功能没有fluent强大，但是现在CFX是唯一可以不借助第三方软件与ANSYS实现双向流固耦合的计算求解器，因此本文选用此软件进行数值模拟计算。CFX的双向流固耦合的基本思路是：对流场和固体结构分别进行计算，然后在中间平台上交换耦合量。在每次大迭代中，分别进行一次流体计算和固体计算，并且交换两次数据（每个方向各一次），直到最终收敛。这种通过交换耦合边界的耦合量，实现的双向耦合称为松耦合方式（即非耦合方程方式求解）。涡激振动是典型的流固耦合问题，采用ANSYS的流固耦合高级分析技术——FSI，再在Work-bench平台上搭建ANSYS Mechanical和CFX两个模块，在这之中，ANSYS求解器把握耦合主进程，而CFX求解器与之相连以实现数据的无缝传递：ANSYS向CFX传递结构位移数据，反之，CFX向ANSYS传递流体力数据。文献综述

本文根据CFD模型对湍流而建立的不同模拟方式，分为四种数值模拟方法：直接数值模拟（DNS）、离散涡模拟(DES)、大涡模拟（LES）、雷诺平均纳威-斯托克方程（RANS）等。CFD的模块CFX是最先使用RANS和DES等高级湍流模型。CFX是世界上第一个在复杂集合、网格、求解这三个CFD传统瓶颈问题上都获得重大突破的商业CFD软件，它具有精确的数值方法、湍流模型、流固耦合和运动网格等特点。[9]

由于涡激振动是流固耦合现象，计算方法需要能够处理非定常、运动物体的、较高雷诺数的粘流问题。数值方法需要能够模拟边界层内部的涡量生成、在分离点处的下泻漩涡，还有一些其它湍流对尾流当中压力分布的影响。CFX里的RANS求解器不仅满足以上述要求，而且保持效率和精度。另外本文需注意的是CFD的网格生成，有好的网格处理方法，可以提高网格的质量，从而有更理想的计算结果。[10]

本文准备针对研究内容和研究方法做以下几个方面的工作：

1、分析先前学者们的研究参数； 

2、选取四种不同的截面形状对海流能捕获效率的影响；

3、使用Ansys软件进行建模，画出结构流场网格；

4、计算结构流场的响应效果；

5、计算相应条件所的捕获的能量；

6、 计算相应条件下捕获的效率。

第二章 涡激振动获能效率原理

2。1基本参数   

柱体的涡激振动是一种复杂的流固耦合问题，它会涉及到流体力学、振动力学、结构力学、计算流体等学科领域。由于涡激振动是非线性的、自本文约束的、具有多个自由度的，并且受到流体作用力、振动响应和尾流泻涡结构三者间的耦合作用，所以，虽然柱体涡激振动取决于许多参数，如雷诺数大小、约化速度、结构阻尼和刚度等，但是，大致可以分为流体参数、结构参数和流固耦合参数三种[1]。先前有学者通过数值模拟等方法，研究影响利用涡激振动从海洋流中获能参数，有罗竹梅、Antonio Barrero-Gil等人。罗竹梅对在均匀流中的弹性支撑圆柱体进行了二维数值模拟，观察横向涡激振动，对质量比、阻尼比、质量阻尼比和固有频率进行分析，得出、、和均会影响，且有一个最优的值使获能效率最大；Antonio Barrero-Gil[21]对单自由度圆柱体模型进行数值模拟，得出在最大获能效率时，质量比对减小的速度影响显著。这些研究是分析各项影响海流能捕获效率参数的重要依据，从而对涡激振动发电装置的开发起到了参考作用。