شبیه سازی مشترک برای کنترل فعال ارتعاشات حاصل از جریان یک استوانه دایره ای

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران

2 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت، تهران

چکیده

در این مقاله یک شبیه سازی مشرک و همزمان بین نرم افزارهای متلب و فلوئنت به منظور کنترل فعال استوانه دایره‌ای دو درجه آزادی با تکیه-گاههای الاستیک که آزادانه در جهات طولی و عرضی حرکت می‌کند، انجام شده است. هدف کنترل کاهش ارتعاشات حاصل از گردابه‌های استوانه می‌باشد. فرکانس طبیعی سیستم نوسانی بصورتی تنظیم شده است که با فرکانس دنباله گردابه‌های استوانه ثابت مطابقت داشته باشد. شبیه سازی مشترک به وسیله‌ی ارتباط همزمان کنترل کننده تناسبی-انتگرال‌گیر-مشتق‌گیر که در متلب/سیمولینک ایجاد شده به مدل سیستم تحت کنترل که در فلوئنت ساخته شده با هدف محاسبه نیروی کنترلی مورد نیاز برای کاهش کامل ارتعاشات عرضی استوانه انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده‌ی کارایی بسیار بالای الگوریتم کنترلی در کاهش ارتعاشات حاصل از گردابه‌های استوانه می‌باشد. پس از اینکه کنترل کننده شروع به فعالیت می‌کند، ارتعاشات عرضی و طولی استوانه و همچنین مقادیر ضرایب لیفت و دراگ بطور قابل توجهی کاهش پیدا کرده‌اند. همچنین دنباله گردابه‌های پشت استوانه که در حالت کنترل نشده در ناحیه دوردست به‌هم چسبیده می‌باشند با روشن شدن کنترل کننده از یکدیگر جدا شده و به دنباله‌ای‌ با گردابه‌های ضعیف‌تر تغییر می‌کنند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Mittal S, Kumar V (2001) Flow-induced oscillations of two cylinders in tandem and staggered arrangements. J Fluid Struct 15: 717-736.
[2] Owen JC, Bearman PW, Szewczyk AA (2001) Passive control of VIV with drag reduction.J Fluid Struct 15: 597-605.
[3] Fujisawa N, Kawaji Y, Ikemoto K (2001) Feedback control of vortex shedding from a circular cylinder by rotational oscillations.J Fluid Struct 15: 23-37.
[4] Winkel ES, Ceccio SL, Dowling DR, Perlin M (2004) Bubble-size distributions produced by wall injection of air into flowing freshwater, saltwater and surfactant solutions. Exp Fluids 37: 802-810.
[5] Mehmood A, Abdelkefi A, Akhtar I, Nayfeh AH, Nuhait A, Hajj MR (2014) Linear and nonlinear active feedback controls for vortex-induced vibrations of circular cylinders.J Vib Control 20:1137-1147.
[6] Berger E (1967) Suppression of vortex shedding and turbulence behind oscillating cylinders. Phys Fluids 10: 191-193.
[7] Baz A, Ro J (1991) Active control of flow-induced vibrations of a flexible cylinder using direct velocity feedback. J Sound Vib 146: 33-45.
[8] Poh S, Baz A (1996) A demonstration of adaptive least-mean-square control of small amplitude vortex-induced vibrations. J Fluid Struct 10: 615-632.
[9] Warui HM, Fujisawa N (1996) Feedback control of vortex shedding from a circular cylinder by cross-flow cylinder oscillations. Exp Fluids 21: 49-56.
[10] Carbonell P, Wang X, Jiang ZP (2003) On the suppression of flow-induced vibration with a simple control algorithm. Commun Nonlinear Sci Numer Simul 8: 49-64.
[11] Cheng L, Zhou Y, Zhang MM (2003) Perturbed interactionbetween vortex shedding and induced vibration. J Fluid Struct 17: 887-901.
[12] Chen Z, Aubry N (2005) Closed-loop control of vortex-induced vibration. Commun Nonlinear Sci Numer Simul 10: 287-297.
[13] Li BQ, Liu Y, Chua JR (2007) Vortex-induced vibration control by micro actuator. J Mech Sci Tech 21: 1408-1414.
[14] Chen Z, Fan B, Zhou B, Li H (2007) Open loop control of vortex-induced vibration of circular cylinder. Chinese Phys 16(4): 1077-1083.
[15] Meliga P, Chomaz JM, Gallaire G (2011) Extracting energy from a flow: Anasymptotic approach using vortex-induced vibrations andfeed back control.  J Fluid Struct 27: 861-874.
[16] Dai HL, Abdelkefi A, Wang L, Liu WB (2014) Control of cross-flow-induced vibrations of square cylinders using linear and nonlinear delayed feedbacks. Nonlinear Dynam 78: 907-919.
[17] Sohankar A, Khodadadi M, Rangraz E (2015) Control of fluid flow and heat transfer around a square cylinder by uniform suction and blowing at low Reynolds numbers. Comput Fluids 109: 155-167.
[18] Du L, Sun X (2015) Suppression of vortex-induced vibration using the rotary oscillation of a cylinder. Phys Fluids 27(2): 023603.
[19] Zhu H, Yao J, Ma Y, Zhao H, Tang Y (2015) Simultaneous CFD evaluation of VIV suppression using smaller control cylinders. J Fluid Struct 57: 66-80.
[20] Chorin AJ (1967) A numerical method for solving incompressible viscous problems. J Comput Phys 2: 12-26.
[21] Armfield S, Street R (1999) The fractional-step method for the Navier–Stokes equations on staggered grids: the accuracy of three variations. J Comput Phys 153: 660-665.
[22] Fluent 6.3 User's Guide, Copyright c 2006 by Fluent Inc, Lebanon, NH, USA.
[23] Placzek A, Sigrist JF, Hamdouni A (2009) Numerical simulation of an oscillating cylinder in a cross-flow at low Reynolds number: forced and free oscillations. Comput Fluids 38: 80-100.
[24] Prasanth TK, Mittal S (2008) Vortex-induced vibrations of a circular cylinder at low Reynolds numbers. J Fluid Mech 594: 463-491.
[25] Anagnostopoulos P, Bearman PW (1992) Response characteristics of a vortex excited cylinder at low Reynolds numbers. J Fluid Struct 6:39-50.
[26] Singh SP, Mittal S (2005) Vortex-induced oscillations at low Reynolds numbers: Hysteresis and vortex-shedding modes. J Fluid Struct 20: 1085-1104.