ОБ УСИЛЕНИИ АЭРОУПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ ЦИЛИНДРА ВБЛИЗИ ПЛАСТИНЫ КОНЕЧНОЙ ДЛИНЫ
Автор: Олег Олегович Иванов
Организация: Институт механики МГУ
Рис. 1. а) Визуализация обтекания колеблющегося (сверху) и неподвижного (сверху) цилиндров.
б) Усиление амплитуды колебаний по сравнению с амплитудой одиночного цилиндра. Gap – зазор между поверхностями цилиндра и пластины, Spacing – смещение центра цилиндра по потоку относительно задней кромки пластины.
Плохо обтекаемые тела в потоке жидкости или газа могут совершать резонансные колебания, возникающие при сближении собственной частоты тела и частоты периодического срыва вихрей. В данной работе обсуждается эффект усиления колебаний цилиндра при нахождении его вблизи от края пластины конечной длины.
В данном исследовании рассматривается обтекание упругого цилиндра – резинового круглого шнура диаметром D = 6 мм, установленного в рабочей части аэродинамической трубы при характерных скоростях 0.4–0.65 м/с. Первичные эксперименты с изолированным цилиндром (Рис. 1а) показали хорошее соответствие ранее известным работам, максимальная относительная амплитуда колебаний составила 0.29.
Основная серия экспериментов проводилась с установленной жесткой пластиной по близости от цилиндра. Пластина имела длину 35 мм (~6D) и толщину 2 мм, ее концам была придана форма, близкая к эллипсу с полуосями 3 и 1 мм. Зоны усиления амплитуды колебаний A находились из сравнения этой величины с амплитудой колебаний A0 одиночного цилиндра.
В ходе экспериментов было обнаружено большие зоны с различным поведением цилиндра. При расположении цилиндра «над» пластиной (Рис.1б, Spacing < 0) амплитуда колебаний уменьшается по сравнению с амплитудой колебаний одиночного цилиндра, что согласуется с другими работами, исследовавшими поведение цилиндров вблизи плоскости [2]. В непосредственной близости от задней кромки цилиндра и далее по потоку (Spacing > 0) были обнаружены зоны усиления колебаний амплитуды вплоть до 40% по сравнению с одиночным цилиндром. Показано, что близость пластины модифицирует закон схода вихрей как за неподвижным, так и за колеблющимся цилиндром. Обсуждается возможные причины механизма усиления колебаний.
1.Williamson C. H. K., Govardhan R. Vortex-induced vibrations //Annu. Rev. Fluid Mech. 2004. Т. 36. С. 413-455.
2. Yang, B., Gao, F., Jeng, D. S., Wu, Y. Experimental study of vortex-induced vibrations of a cylinder near a rigid plane boundary in steady flow. // Acta Mechanica Sinica. 2009. 25(1), pp. 51–63.
