کاهش ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه‌های یک استوانه دایره‌ای دو درجه آزادی بر مبنای نوسانات چرخشی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسنده

استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک

چکیده

در این مقاله یک استراتژی کنترلی فعال بر مبنای نوسانات چرخشی اجباری به منظور کاهش ارتعاشات ناشی از جریان بر روی یک استوانه دایره ای دو درجه آزادی که آزادانه در جهات طولی و عرضی حرکت می کند، در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم بر میدان جریان، معادلات ناویر استوکس تراکم ناپذیر دو بعدی می باشد که به روش حجم محدود گسسته سازی شده است. نسبت فرکانسی f_rot/f_n، و نرخ چرخش α، دو پارامتر مهم در نوسانات چرخشی استوانه بوده که می بایست بگونه ای تنظیم شوند که فرکانس جدایش گردابه ها بر روی فرکانس نوسانات چرخشی اجباری قفل شده و در نتیجه آن، دامنه ارتعاشات عرضی و طولی استوانه کاهش پیدا کند. بر اساس شبیه سازی های جامع انجام گرفته در این مقاله، سه سیستم کنترل فعال حلقه باز منتخب برای سرعت های کاهش یافته واقع در ناحیه قفل شدگی فرکانسی با پارامترهای ورودی (برای )، (برای )، و (برای )، به منظور کاهش مؤثر دامنه ارتعاشات استوانه انتخاب شده اند. این سیستم ها توانسته اند بیشینه دامنه پاسخ عرضی استوانه را به ترتیب به میزان 88، 92 و 92 درصد نسبت به حالت کنترل نشده کاهش دهند در حالیکه این مقادیر برای دامنه پاسخ طولی استوانه به ترتیب برابر با 93، 90 و 82 درصد می باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Bearman P (2011) Circular cylinder wakes and vortex-induced vibrations. J Fluid Struct 27(5): 648-658.

[2] Wu X, Ge F, Hong Y (2012) A review of recent studies on vortex-induced vibrations of long slender cylinders. J Fluid Struct 28: 292-308.

[3] Chen W, Li M, Zheng Z, Guo S, Gan K (2015) Impacts of top-end vessel sway on vortex-induced vibration of the submarine riser for a floating platform in deep water. Ocean Eng 99: 1-8.

[4] Chen WL, Xin DB, Xu F, Li H, Ou JP, Hu H (2013) Suppression of vortex-induced vibration of a circular cylinder using suction-based flow control. J Fluid Struct 42: 25-39.

[5] Rabiee Ah, Jarrahi M, Hasheminejad SM (2015) A collaborative simulation for active flow-induced vibration control of a circular cylinder. Journal of Solid and Fluid Mechanics 5(3): 113-124. (in persian)

[6] Hasheminejad SM, Rabiee AH, Jarrahi M (2017) Semi-active vortex induced vibration control of an elastic elliptical cylinder with energy regeneration capability. Int J Struct Stab Dy 1750107.

[7] Bearman P, Branković M (2004) Experimental studies of passive control of vortex-induced vibration. Eur J Mech B-Fluid 23(1): 9-15.

[8] Bruneau CH, Mortazavi I (2008) Numerical modelling and passive flow control using porous media. Comput Fluids 37(5): 488-498.

[9] Korkischko I, Meneghini JR (2010) Experimental investigation of flow-induced vibration on isolated and tandem circular cylinders fitted with strakes. J Fluid Struct 26(4): 611-625.

[10] Hsiao F, Shyu J (1991) Influence of internal acoustic excitation upon flow passing a circular cylinder. J Fluid Struct 5(4): 427-442.

[11] Protas B, Wesfreid J (2002) Drag force in the open-loop control of the cylinder wake in the laminar regime. Phys Fluids 14(2): 810-826.

[12] Williams DR, Mansy H, Amato C (1992) The response and symmetry properties of a cylinder wake subjected to localized surface excitation. J Fluid Mech 234: 71-96.

[13] He J-W, Glowinski R, Metcalfe R, Nordlander A, Periaux J (2000) Active control and drag optimization for flow past a circular cylinder: I. Oscillatory cylinder rotation. J Comput Phys 163(1): 83-117.

[14] Bourguet R, Jacono DL (2014) Flow-induced vibrations of a rotating cylinder. J Fluid Mech 740: 342-380.

[15] Du L, Sun X (2015) Suppression of vortex-induced vibration using the rotary oscillation of a cylinder. Phys Fluids 27(2): 023603.

[16] Prasanth T, Mittal S (2008) Vortex-induced vibrations of a circular cylinder at low Reynolds numbers. J Fluid Mech 594: 463-491.

[17] Placzek A, Sigrist J-F, Hamdouni A (2009) Numerical simulation of an oscillating cylinder in a cross-flow at low Reynolds number: Forced and free oscillations. Comput Fluids 38(1): 80-100.