1、當鈍體處于一定流速的流體中時，旋渦脫落以及隨之產生的流致振動（Flow-induced Motion, FIM）現(xiàn)象十分常見。流致振動普遍存在于自然界和工程領域，一方面，它會對許多工程結構物造成結構性疲勞損害，產生嚴重的安全性問題；另一方面，流致振動蘊含著大量的能量，只要利用得當，它也有對人們有利的一面。近年來，利用鈍體流致振動引起的動能轉換為電能的清潔能源收集技術在新能源領域中引起了廣泛研究興趣。為了提高流致振動清潔能源收集系統(tǒng)的能量

2、收集效率，需要了解流致振動的產生機理和提高振動強度的途徑。采用在圓柱表面選擇性增加粗糙帶的被動控制措施能夠有效強化圓柱的流致振動，促進高強度的馳振的產生。目前，表面選擇性增加粗糙帶的被動控制圓柱流致振動動力學響應特性尚未有統(tǒng)一定論，被動控制圓柱由渦致振動（Vortex-induced Vibration， VIV）向馳振轉變的物理機制尚未明確，而且來流攻角對被動控制柱體振動響應特性的影響未知，基于被動控制圓柱的流致振動清潔能源收集系統(tǒng)在

3、不同來流攻角下的能量轉換特性及其物理機制需要進一步深入研究。
　　本文針對被動控制圓柱，首先采用數(shù)值計算的方法對渦致振動-馳振過渡區(qū)間的柱體振動特性展開詳細的研究，得到了柱體的振幅、頻率和尾流旋渦形態(tài)的變化規(guī)律，分析了柱體的升力響應特性以及升力-位移相位差等，深入探討柱體馳振的激勵機制。最后，本文進一步探究不同來流攻角對柱體振動特性的影響，獲取柱體在不同來流攻角工況下能量收集特性等表現(xiàn)性能，主要得到以下結論。
　　首先，針對

4、被動控制圓柱在 VIV-馳振過渡區(qū)的柱體振動特性展開詳細研究：在本文所研究的折減速度范圍內（5.50≤U*water≤9.63），可以觀察到被動控制圓柱體的三個振動分支：VIV上部分支、VIV-馳振過渡區(qū)和馳振分支，本文數(shù)值計算成功捕捉到了柱體馳振的激發(fā)。柱體在 VIV-馳振過渡區(qū)時具有較高的振幅，并且隨來流速度增加，振幅持續(xù)上升。柱體振動發(fā)生馳振后，最大振幅達到了3.88D。當柱體處于VIV-馳振過渡區(qū)時，隨著U*water增加，柱體

5、振動頻率比并沒有進一步繼續(xù)隨之上升，而是緩慢下降，過渡到高振幅、低頻率的馳振階段。本文數(shù)值計算結果的振幅和頻率大小與實驗數(shù)據(jù)極為接近，對照效果良好。
　　其次，通過進一步分析，探究柱體由VIV向馳振轉變的激勵機制：隨著柱體從VIV上部分支向馳振轉變，升力系數(shù)曲線與位移曲線之間相位差基本為0°，升力始終與位移保持同相，升力能最大限度地促進柱體的振幅向增大的馳振方向發(fā)展。但是升力大小變化卻與振幅大小變化規(guī)律不一致，升力大小不是導致馳振

6、產生的唯一因素。升力大小和方向共同決定著柱體振幅的變化方向。被動控制圓柱的粗糙帶能夠促進柱體脫體旋渦數(shù)目的增加、旋渦強度差異化和旋渦模態(tài)的復雜化，進而強化柱體的旋渦脫落并改善柱體的升力特性等，使得柱體的馳振得到激發(fā)。
　　最后，本文探究來流攻角對柱體振動響應特性和能量收集特性的影響：在本文所研究的攻角范圍內（0°≤αattack≤90°），隨著攻角的增加，不同振動分支的柱體能夠觀察到其流致振動先被強化，而后被劇烈削弱的變化趨勢（與

7、攻角為0°時的相比）。柱體最大振幅分別在攻角為αattack=10°（馳振階段）和αattack=20°（VIV上部分支）時取得。當αattack≥55°時，沒有觀察到明顯的流致振動現(xiàn)象。大攻角階段（αattack≥55°），尾流區(qū)域狹長細小化，旋渦脫落被嚴重抑制，柱體的流致振動因而也被強烈削弱。值得注意的是，在柱體取得最大振幅的來流攻角下，可以觀察到一種復雜的脫落旋渦再附著現(xiàn)象，其強化了柱體與流體之間的流固耦合作用，這導致了柱體流致振