杜曉慶，張利平，劉慶寬

(1. 上海大學(xué) 土木工程系，上海 200072；2. 石家莊鐵道大學(xué) 風(fēng)工程研究中心，河北 石家莊 050043；3.河北省大型結(jié)構(gòu)健康診斷與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050043)

纜索承重橋近距離并列索氣動(dòng)力的雷諾數(shù)效應(yīng)

杜曉慶1，張利平1，劉慶寬2,3

(1. 上海大學(xué) 土木工程系，上海 200072；2. 石家莊鐵道大學(xué) 風(fēng)工程研究中心，河北 石家莊 050043；3.河北省大型結(jié)構(gòu)健康診斷與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050043)

近距離并列索在工程實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用，但針對(duì)并列索的氣動(dòng)性能及其雷諾數(shù)效應(yīng)的研究并不多，特別是在臨界雷諾數(shù)區(qū)域。通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)，在雷諾數(shù)Re=0.9×105～3.2×105之間(涉及亞臨界雷諾數(shù)和臨界雷諾數(shù))研究了近距離雙圓柱的氣動(dòng)性能及其雷諾數(shù)效應(yīng)。研究結(jié)果表明：近距離雙圓柱的氣動(dòng)性能有強(qiáng)烈的雷諾數(shù)效應(yīng)，在不同的風(fēng)攻向角下，臨界雷諾數(shù)的圓柱平均氣動(dòng)力系數(shù)與亞臨界區(qū)有很大差異；在臨界雷諾數(shù)區(qū)域，下游圓柱的平均升力系數(shù)可達(dá)到1.35以上，平均升力系數(shù)與阻力系數(shù)會(huì)隨雷諾數(shù)的變化發(fā)生不連續(xù)突變，這應(yīng)該是流態(tài)發(fā)生了變化；上游圓柱的平均升力系數(shù)可達(dá)1.0以上，平均升力系數(shù)會(huì)隨雷諾數(shù)的變化發(fā)生不連續(xù)突變，這種氣動(dòng)力的突變與雙圓柱繞流場(chǎng)的流態(tài)結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。

橋梁工程；纜索承重橋；風(fēng)洞試驗(yàn)；圓柱繞流；雷諾數(shù)效應(yīng)

0 引 言

伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，對(duì)交通工程構(gòu)造物提出了愈來(lái)愈高的要求，各種大跨徑橋梁應(yīng)運(yùn)而生。在眾多的橋梁體系中，纜索承重橋因其受力性能優(yōu)越、節(jié)省材料和外形美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為了大跨度橋梁的最主要橋型。其中，近距離并列索在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，如連接丹麥和瑞典的厄勒海峽大橋的并列斜拉索間距為2.68D。

前人對(duì)于錯(cuò)列雙圓柱已經(jīng)開展了大量研究，結(jié)果表明錯(cuò)列雙圓柱周圍流場(chǎng)存在著相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，并且流場(chǎng)會(huì)隨著兩柱圓心間距P與風(fēng)攻向角α的變化而變化。流場(chǎng)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在分離的自由剪切層相互干擾、卡門渦脫的形成與消失、卡門渦街的相互作用等。對(duì)于這種復(fù)雜流場(chǎng)的劃分，前人也有多種不同的劃分方法，如M.M.ZDRAVKOVICH[1]根據(jù)雙柱位置將雙柱流場(chǎng)劃分為兩種：①尾流干擾區(qū)。此時(shí)雙柱中某一柱部分或完全處于另一柱的尾流中；②鄰近干擾區(qū)。此時(shí)雙柱互相靠近，均不處在對(duì)方的尾流中。顧志福等[2]將這種劃分?jǐn)U展為3種，即尾流干擾、剪切層干擾和鄰近干擾，分別出現(xiàn)在α=0～9.65°，9.7～15°和16～90°。D.SUMNER等[3]通過(guò)流態(tài)可視化與粒子成像技術(shù)(PIV)，觀測(cè)了雙柱在P/D=1.0～5.0，Re=850～1 900時(shí)的流態(tài)變化，并根據(jù)P-α變化將流場(chǎng)劃分為3種：①單柱態(tài)。P/D=1.0～1.125，α=0～90°，此時(shí)雙柱等效于單柱，并且只有單一的渦脫頻率；②小風(fēng)攻向角態(tài)。P>1.125，α=0～20°，此時(shí)將會(huì)發(fā)生剪切層再附或是渦脫撞擊在下游柱表面；③大風(fēng)攻向角態(tài)。P>1.125，α=20～90°，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)旋渦的摞合、分離、同步等現(xiàn)象。

S.J. PRICE等[4]，M.M.ZDRAVKOVICH等[5]探究了錯(cuò)列雙圓柱的時(shí)均氣動(dòng)力，但是主要偏重于下游柱；M.M.ALAM等[6]則對(duì)錯(cuò)列雙圓柱的時(shí)均氣動(dòng)力作了系統(tǒng)性研究。Y.ZHOU等[7]研究了P/D= 1.2～4.0，α=0～90°，Re=1.5×103～2.0×104時(shí)St的雷諾數(shù)效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)St與Re之間存在著定性的關(guān)系，并把St-Re的關(guān)系劃分為4大類。D.SUMNER[8]對(duì)錯(cuò)列雙圓柱做了綜述性工作。

以上所述錯(cuò)列雙圓柱的研究中，其雷諾數(shù)要么是給定的，要么只是很小的一段范圍。但是，對(duì)于錯(cuò)列雙圓柱的雷諾數(shù)效應(yīng)研究非常少，尤其是在高雷諾數(shù)下(Re>1×105)。本研究的目的在于探明錯(cuò)列雙圓柱的氣動(dòng)力系數(shù)在臨界區(qū)的雷諾數(shù)效應(yīng)，并結(jié)合流態(tài)分類對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。其中P/D=2，α=0～90°，Re=8.9×104～3.2×105。

1 風(fēng)洞試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驮囼?yàn)工況

試驗(yàn)采用兩根直徑相同的剛性圓柱節(jié)段模型，圓柱模型由有機(jī)玻璃圓管制成，表面光滑。圓柱固定安裝在試驗(yàn)支架上。圖1為兩根圓柱模型的相對(duì)位置和來(lái)流的關(guān)系。圖中，圓柱A為測(cè)力圓柱，圓柱B為干擾圓柱，L為順風(fēng)向圓心間距、T為橫風(fēng)向圓心間距、D為圓柱直徑，兩圓柱的圓心間距可調(diào)。圓柱模型的直徑均為0.14 m，圓柱的兩個(gè)端部均安裝了導(dǎo)流板，以模擬二維流場(chǎng)。圓柱A長(zhǎng)1.4 m(10D)，圓柱B長(zhǎng)1.68 m(12D)。

圖1 圓柱的相對(duì)位置和氣動(dòng)力方向定義Fig.1 Relative position of circular cylinder and the definition of aerodynamics directions

試驗(yàn)雷諾數(shù)在0.9×105～3.2×105之間，涉及亞臨界區(qū)和臨界區(qū)。順風(fēng)向圓柱間距L的試驗(yàn)范圍為2D～12D，橫風(fēng)向間距T的試驗(yàn)范圍為0～3D。試驗(yàn)過(guò)程中圓柱A的位置固定，干擾圓柱B的位置可變，總共進(jìn)行了110個(gè)圓柱相對(duì)位置的試驗(yàn)，試驗(yàn)工況總數(shù)860余個(gè)。限于篇幅，筆者僅給出了雙柱圓心間距為P/D=2的研究結(jié)果，兩圓柱的相對(duì)位置見圖2。

圖2 圓柱B的位置布置Fig.2 Location of the cylinder B

1.2 試驗(yàn)風(fēng)洞和測(cè)試設(shè)備

本試驗(yàn)是在石家莊鐵道大學(xué)風(fēng)工程研究中心的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室完成。該風(fēng)洞為串聯(lián)雙試驗(yàn)段回/直流邊界層風(fēng)洞，其中，低速試驗(yàn)段轉(zhuǎn)盤中心處長(zhǎng)為24.0 m，寬為4.38 m，高為3.0 m，最大風(fēng)速在30.0 m/s以上；高速試驗(yàn)段長(zhǎng)為5.0 m，寬為2.2m，高為2.0 m，最大風(fēng)速可達(dá)80.0 m/s以上。本試驗(yàn)在高速試驗(yàn)段進(jìn)行。

圓柱A端部安裝了高頻測(cè)力天平，測(cè)試其受到的氣動(dòng)力時(shí)程。測(cè)力使用美國(guó)ATI公司生產(chǎn)的Delta系列六分量高頻測(cè)力天平，兩個(gè)量程分別為165和330 N，測(cè)量頻率為1 500 Hz。試驗(yàn)還測(cè)量了圓柱B的尾流風(fēng)速，風(fēng)速測(cè)試使用的是Series 100眼鏡蛇探頭，最大風(fēng)速量程對(duì)應(yīng)壓力3 000 Pa，測(cè)量頻率為2 000 Hz，風(fēng)速測(cè)試的探頭位置見圖1。氣動(dòng)力和風(fēng)速的采樣時(shí)間均為30 s。

1.3 氣動(dòng)力定義

圓柱的氣動(dòng)力方向如圖1。阻力以順風(fēng)向?yàn)檎?x軸負(fù)方向?yàn)檎?；升力以向下為正(y軸正方向?yàn)檎?。順風(fēng)向平均阻力系數(shù)CD和橫風(fēng)向平均升力系數(shù)CL的定義如下：

(1)

(2)

式中：ρ為空氣密度；D為圓柱直徑；U0為來(lái)流風(fēng)速；Fx和Fy為作用在單位長(zhǎng)圓柱模型上的阻力和升力。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)于雙圓柱的氣動(dòng)性能和繞流場(chǎng)流態(tài)結(jié)構(gòu)，雷諾數(shù)、圓柱間距和風(fēng)攻角是最重要的3個(gè)控制參數(shù)。在本研究中，采用圓柱的順風(fēng)向間距(L)和橫風(fēng)向間距(T)來(lái)反映圓柱間距和風(fēng)攻角這兩個(gè)參數(shù)，如表1。

表1 工況參數(shù)

下文對(duì)小間距(P/D=2)雙圓柱的試驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行分析和討論。

2.1 下游柱

錯(cuò)列雙圓柱下游柱氣動(dòng)力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化結(jié)果見圖3。

圖3 錯(cuò)列雙圓柱下游柱氣動(dòng)力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化Fig.3 Downstream aerodynamic coefficients of staggered double circular cylinders changing with Reynolds number

從圖3(a)可以看出，在α=0°時(shí)，此時(shí)雙圓柱處于串列布置，平均阻力系數(shù)CD<0，即下游柱受到方向指向上游圓柱的吸力，約為-0.2，小于單柱時(shí)的氣動(dòng)阻力系數(shù)，并且不隨著Re的變化而變化。α=7°時(shí)，CD≈-0.2，與α=0°時(shí)類似。

當(dāng)α=14°時(shí)，可以看到氣動(dòng)阻力系數(shù)變化劇烈，雷諾數(shù)效應(yīng)頗為明顯。在Re=1.77×105～2.2×105時(shí)，氣動(dòng)阻力系數(shù)急劇減小，由0.21減至-0.12，即雙柱之間由原來(lái)的斥力轉(zhuǎn)變?yōu)槲Γ赗e=2.2×105～3.19×105之間時(shí)又趨于穩(wěn)定，約為-0.1。當(dāng)α≥30°時(shí)，氣動(dòng)阻力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增大變化不大，并沒(méi)有很強(qiáng)烈的雷諾數(shù)效應(yīng)。

從圖3(b)可以看出，在α=0°時(shí)，氣動(dòng)升力系數(shù)幾乎為0。α=7°時(shí)，CL≈0～-0.15，方向向上，且隨著Re的增大而絕對(duì)值逐漸增大。α=14°時(shí)，氣動(dòng)升力變化劇烈。在Re=0.89×105～1.77×105時(shí)，氣動(dòng)升力系數(shù)由0.49升至0.56，在Re=1.77×105～2.2×105時(shí)，氣動(dòng)升力急劇增大，由0.56增至1.13，并且在Re持續(xù)增大時(shí)，氣動(dòng)升力隨之進(jìn)一步增大，在試驗(yàn)Re=3.19×105時(shí)，氣動(dòng)升力系數(shù)達(dá)到了1.38。當(dāng)α≥30°時(shí)，氣動(dòng)升力隨著Re的變化不太明顯，其中α=30°時(shí)氣動(dòng)升力為0.1，α=49°時(shí)約為0，α=90°時(shí)，氣動(dòng)升力在Re=0.89×105～2.2×105時(shí)由-0.3轉(zhuǎn)為-0.2，此后趨于穩(wěn)定。

為了進(jìn)一步分析上述氣動(dòng)力隨著雷諾數(shù)和風(fēng)向角位置發(fā)生突變的原因，現(xiàn)進(jìn)一步分析圓柱尾流風(fēng)速的功率譜。

圖4為平均氣動(dòng)力發(fā)生突變前后，當(dāng)L/D=±1.94，T/D=0.5，即α=14°與166°時(shí)，圓柱B尾流區(qū)測(cè)點(diǎn)處風(fēng)速功率譜。風(fēng)速測(cè)點(diǎn)位置見圖1，圓柱B的位置布置見圖2。從圖4可見，當(dāng)雷諾數(shù)Re=177 248時(shí)，無(wú)論風(fēng)速測(cè)點(diǎn)是位于下游圓柱的尾流區(qū)〔圖4(a)〕還是位于上游圓柱的尾流區(qū)〔圖4(c)〕，風(fēng)速功率譜均沒(méi)有明顯峰值，即雙圓柱繞流場(chǎng)中沒(méi)有明顯的漩渦脫落現(xiàn)象存在。而當(dāng)雷諾數(shù)Re=265 872時(shí)，下游圓柱尾流風(fēng)速功率譜〔圖4(b)〕在St=0.12附近有一不大明顯的峰值，而上游圓柱的尾流風(fēng)速功率譜〔圖4(d)〕則在St=0.43附近有一處非常明顯的峰值，即在繞流場(chǎng)中存在明顯的漩渦脫落。圓柱尾流風(fēng)速功率譜的這種變化說(shuō)明了當(dāng)雷諾數(shù)從177 248增大至265 872時(shí)，雙圓柱繞流場(chǎng)的流態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致了測(cè)力圓柱A上的氣動(dòng)力發(fā)生了不連續(xù)的跳躍現(xiàn)象(見圖3)。

圖4 雙圓柱尾流風(fēng)速功率譜Fig.4 Power spectra of wake flow velocity for twin cylinders

當(dāng)α=14°時(shí)，可以看到氣動(dòng)阻力、升力變化劇烈。在Re=1.77×105～2.2×105時(shí)，氣動(dòng)升力急劇增大，由0.56增至1.13，與此同時(shí)，氣動(dòng)阻力急劇減小，由0.21減至-0.12。這一數(shù)值結(jié)果與文獻(xiàn)[2]里Re=2.2×105時(shí)的數(shù)據(jù)也比較接近。這說(shuō)明此時(shí)邊界層處發(fā)生了“轉(zhuǎn)捩”，延遲了尾流的分離，導(dǎo)致尾流區(qū)的寬度變窄，使得兩剪切層的相互作用變強(qiáng)。此時(shí)，下游柱不再處于上游柱的尾流中，上游柱的尾流在兩柱之間的間隙內(nèi)流動(dòng)，并且上游柱的剪切層高速側(cè)再附于下游柱表面，導(dǎo)致升力急劇增大。這對(duì)應(yīng)于顧志福等[2]IIB流態(tài)。圖5分別為Re=177 248，265 872時(shí)下游柱的尾流風(fēng)速時(shí)程曲線，由圖5可見，在Re=177 248時(shí)，時(shí)程曲線的變化比較有規(guī)律，但是在Re=265 872時(shí)，時(shí)程曲線的變化不再有規(guī)律。這也說(shuō)明當(dāng)雷諾數(shù)Re從177 248增大至265 872時(shí)，流態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從而正好對(duì)應(yīng)于氣動(dòng)力在此時(shí)發(fā)生了不連續(xù)變化。

圖5 Re=177 248，265 872時(shí)雙圓柱尾流風(fēng)速時(shí)程曲線Fig.5 Time-history curve of wake flow velocity for twin cylinders when Re=177 248 and 265 872

2.2 上游柱

相較于下游柱，上游柱的平均氣動(dòng)力變化并沒(méi)有那么劇烈，圖6為錯(cuò)列雙圓柱上游柱氣動(dòng)力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化。

圖6 錯(cuò)列雙圓柱上游柱氣動(dòng)力系數(shù)隨雷諾數(shù)變化Fig.6 Upstream aerodynamic coefficients of staggered double circular cylinders changing with Reynolds number

從圖6(a)可以看出，在α=180°時(shí)，氣動(dòng)阻力約為0.9，比較穩(wěn)定，同時(shí)雷諾數(shù)的變化不大。α=173°時(shí)，氣動(dòng)阻力隨著雷諾數(shù)的升高有逐步下降的趨勢(shì)，在Re=0.89×105～3.19×105氣動(dòng)阻力由1.05降為0.87。在α=166°時(shí)，氣動(dòng)阻力隨著雷諾數(shù)的呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，在Re=0.89×105～1.32×105時(shí)，阻力系數(shù)由0.86降為0.72。在Re=1.32×105～1.77×105時(shí)，阻力系數(shù)幾乎不變，此時(shí)阻力系數(shù)達(dá)到最小值。在Re=1.77×105～3.19×105時(shí)，阻力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的升高而小幅上升，由0.72上升到0.79。在α=150°和131°時(shí)，阻力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的變化均幾乎保持不變，α=150°時(shí)約為0.8，α=131°時(shí)約為0.87。

從圖6(b)可以看出，在α=180°時(shí)，氣動(dòng)升力幾乎為0。在小風(fēng)攻角時(shí)，即90°<α≤150°時(shí)，上游柱的平均氣動(dòng)升力系數(shù)均≤0，約為0～-0.1，即雙柱之間存在很小的斥力。在α=131°，Re=0.89×105～2.66×105時(shí)，升力系數(shù)隨著雷諾數(shù)幾乎沒(méi)有變化，約為-0.1。在Re=2.66×105～3.19×105時(shí)，升力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的變化而急劇增大，由-0.07突升至0.97。當(dāng)雷諾數(shù)進(jìn)一步增大至3.28×105時(shí)，升力系數(shù)隨之進(jìn)一步增大至1.04，且有繼續(xù)增大的趨勢(shì)。但是，當(dāng)風(fēng)攻角降至90°時(shí)，升力系數(shù)又大致穩(wěn)定在-0.3～-0.2，并無(wú)隨著雷諾數(shù)增大而出現(xiàn)突變的現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步分析上述氣動(dòng)力隨著雷諾數(shù)和風(fēng)向角位置發(fā)生突變的原因，現(xiàn)進(jìn)一步分析圓柱尾流風(fēng)速的功率譜。圖7為平均氣動(dòng)力發(fā)生突變前后，當(dāng)L/D=±1.32，T/D=1.5，即α=49°與131°時(shí)，圓柱B尾流區(qū)測(cè)點(diǎn)處的風(fēng)速功率譜。風(fēng)速測(cè)點(diǎn)位置見圖1，圓柱B的位置布置圖見圖2。

圖7 雙圓柱尾流風(fēng)速功率譜Fig.7 Power spectra of wake flow velocity for twin cylinders

從圖7可見，雷諾數(shù)Re=265 872時(shí)，下游圓柱的風(fēng)速功率譜〔圖7(a)〕在St=0.3附近有一不甚明顯的峰值，而上游圓柱的風(fēng)速功率譜〔圖7(c)〕在St=0.31附近有非常明顯的峰值，即在繞流場(chǎng)中存在明顯的漩渦脫落。當(dāng)雷諾數(shù)Re=319 046時(shí)，下游圓柱的風(fēng)速功率譜〔圖7(b)〕沒(méi)有出現(xiàn)峰值，但是上游柱的風(fēng)速功率譜〔圖7(d)〕在St=0.41附近有非常明顯的峰值。通過(guò)對(duì)比上游柱的風(fēng)速功率譜發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雷諾數(shù)從265 872增大至319 046時(shí)，對(duì)應(yīng)的St從0.31增大至0.41，這應(yīng)該是雙圓柱繞流場(chǎng)的流態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致了測(cè)力圓柱A上的氣動(dòng)力發(fā)生了不連續(xù)的跳躍現(xiàn)象(圖5)。圖8為雷諾數(shù)Re=265 872，319 046時(shí)上游柱的尾流風(fēng)速時(shí)程曲線。

圖8 Re=265 872，319 046時(shí)雙圓柱尾流風(fēng)速時(shí)程曲線Fig.8 Time-history curve of wake flow velocity for twin cylinders when Re=265 872 and 319 046

由圖8(a)可見，在雷諾數(shù)Re=265 872時(shí)，尾流風(fēng)速時(shí)程曲線變化頗有規(guī)律，但是當(dāng)雷諾數(shù)Re=319 046時(shí)，尾流風(fēng)速時(shí)程曲線變得不再規(guī)律，從而也可印證雷諾數(shù)從265 872增大至319 046時(shí)流態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

3 結(jié) 論

筆者在雷諾數(shù)Re=0.9×105～3.2×105之間(涉及亞臨界雷諾數(shù)和臨界雷諾數(shù))，利用風(fēng)洞試驗(yàn)探究了近距離錯(cuò)列雙圓柱的平均氣動(dòng)力系數(shù)及其隨著雷諾數(shù)的變化規(guī)律，并探討了其繞流場(chǎng)的流態(tài)結(jié)構(gòu)和干擾機(jī)理。研究結(jié)論如下：

1)錯(cuò)列雙圓柱的氣動(dòng)性能有強(qiáng)烈的雷諾數(shù)效應(yīng)，在不同的風(fēng)攻角下，臨界雷諾數(shù)的圓柱平均氣動(dòng)力系數(shù)與亞臨界區(qū)有很大差異。

2)對(duì)于下游圓柱，在臨界雷諾數(shù)區(qū)域，當(dāng)兩圓柱處在某些相對(duì)位置時(shí)，平均氣動(dòng)升力與平均氣動(dòng)阻力均會(huì)同步隨著雷諾數(shù)的增大而發(fā)生不連續(xù)的突變，這應(yīng)該是發(fā)生了流態(tài)的轉(zhuǎn)變。

3)對(duì)于上游圓柱，在臨界雷諾數(shù)區(qū)域，當(dāng)兩圓柱處在某些相對(duì)位置時(shí)，上游圓柱會(huì)受到平均氣動(dòng)升力的作用，并且平均升力系數(shù)會(huì)隨著雷諾數(shù)的變化發(fā)生不連續(xù)的突變。平均氣動(dòng)升力指向下游圓柱，即兩柱之間產(chǎn)生了很大的吸力。這種氣動(dòng)力的突變很可能是雙圓柱繞流場(chǎng)的流態(tài)結(jié)構(gòu)的變化造成的。

[1] ZDRAVKOVICH M M. The effects of interference between circular cylinders in cross flow[J].JournalofFluidsandStructure,1987,1(2):239-261.

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Reynolds Number Effect of Aerodynamic Forces of Close Range Parallel Cables of Cable-Supported Bridges

DU Xiaoqing1, ZHANG Liping1, LIU Qingkuan2, 3

(1. Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, P. R. China; 2. Wind Engineering Research Center, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, Hebei, P. R. China; 3. Hebei Provincial Key Lab of Structural Health Monitoring and Control, Shijiazhuang 050043, Hebei, P. R. China)

Parallel cables with close range were used extensively in practical engineering. However, there were limited studies on the aerodynamics of parallel cables as well as their Reynolds number effects, especially at critical Reynolds regime. When Reynolds numbers were between 0.9×105～3.2×105, located in subcritical Reynolds regime and critical Reynolds regime, the aerodynamic characteristics of twin circular cylinders with close range along with their Reynolds numbers effect were investigated through a series of wind tunnel tests. Results show that the aerodynamic forces of two circular cylinders with close range have strong Reynolds number effect; with different wind attack angles, the average aerodynamic coefficients of circular cylinders in the critical regime are very different from those in subcritical regime. In the critical Reynolds number region, the mean lift coefficient of the downstream cylinder can reach more than 1.35, and the mean lift coefficient and drag coefficient suffer a discontinuous change with the change of Reynolds number, which may relate to the shift of the flow state. The mean lift coefficient of the upstream cylinder can reach more than 1.0, and the mean lift coefficient suffers a discontinuous change with the change of the Reynolds number, which may relate to the shift of the flow state of flow around twin circular cylinders.

bridge engineering; cable-supported bridge; wind tunnel test; flow around circular cylinder; Reynolds number effect

2015-09-04；

2016-03-06

上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(14ZR1416000)；上海市教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目(14YZ004)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51578330)

杜曉慶(1973—)，男，江蘇無(wú)錫人，副教授，主要從事橋梁和結(jié)構(gòu)抗風(fēng)方面的研究。E-mail：dxq@shu.edu.cn。

張利平(1990—)，男，湖北黃岡人，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)抗風(fēng)方面的研究。E-mail：zhangliping_2014@126.com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.06.01

U442.5

A

1674-0696(2016)06-001-05