カオス移行過程におけるカルマン渦列の三次元構造

混沌转捩过程中卡门涡街三维结构

• 批准号: 03650143
• 负责人: 永田 拓
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03650143/
• 关键词: カルマン渦列; カオス; 渦構造; 二次流れ; 乱流遷移; 速度変動; FFT分析; 流れの可視化

一様流中で円柱を流れ方向に振動させると、円柱背後の渦列の構造は、円柱の振動条件によってきわめて秩序性の高い構造からカオス的な構造まで多様に変化する。本研究では、単純なカルマン渦列が円柱の振動によって複雑化(カオス移行)する過程を明らかにすることを目的として、渦列の可視化実験と速度変動の測定を同時に行い、以下の結論を得た。1.渦列の視覚的な三次元構造(レイノルズ数100〜300)は、円柱の無次元振動数fc/fv(fc/fv=0〜3.0,fc:円柱の振動周波数,fv:円柱静止時の渦放出周波数)の増大順に、SA型、(C)型、N型、NP型、P型、C型、SK型に分類できる。2.視覚的な渦列構造を参照し、測定点を適切に選んだ円柱直後の一点(x/d=3.0,y/d=1.0,x,y:円柱中心を原点に流れ方向をxとした座標)における速度変動のスペクトル分布が示す時間的不規測性(カオスの窓)は、円柱後流域に形成される渦列の視覚的構造(空間的不規則性)と良く対応し、可視化実験で見落しがちな長時間にわたる渦列構造の変化を知ることができる。3.速度変動スペクトルの主要なピ-ク周波数fpを、円柱の振動周波数fcと渦放出周波数fvを含むできるだけ少数の基本周波数の線形和で表示することを試みた。この表示に要する基本周波数の数が少ないほど、渦列の視覚的構造の秩序性は高い。4.fc/fv=2.3の場合には、スペクトル波数fpは広く分散し、fpを少数の基本波数の線形和で表示できず、渦列の視覚構造は不安定でカオス的微候(C型渦列)を示す。fc/fv=1.0〜1.4の場合も、渦列に二次的に発生するFingersの形成状況によって、上述のfc/fv=2.3の場合とカオス的微候を示すことがある((C)型渦列)。5.カオス的微候を示す渦列は、円柱の振動に同期して形成される秩序性のきわめて高い渦列(N型、NP型、P型)の発生条件に隣接する二つの比較的狭いfc/fvの範囲のもとに形成される。

The structure of vortex train behind the column and the vibration condition of the column in the middle of the flow are different from each other. In this study, the following conclusions were obtained: 1. The three-dimensional structure of the vortex train (number of 100 ~ 300) and the dimensionless vibration number fc/fv(fc/fv=0 ~ 3.0, fc: the vibration cycle number of the cylinder,fv: the vortex emission cycle number when the cylinder is stationary) increase in order, SA type,(C) type, N type, NP type, P type, C type, SK type. 2. The reference and measurement points of the vortex train structure of the visual field are appropriately selected, and a point (x/d= 3.0, y/d= 1.0, x, y: x coordinates) directly behind the cylinder center and in the direction of flow from the origin of the cylinder is selected. The distribution of velocity variations is shown in the irregularity of time. The structure of the vortex train of the visual field formed in the basin behind the cylinder is shown in the irregularity of space. 3. The main frequency fp of the velocity variation spectrum, the frequency fc of the cylinder vibration spectrum, and the frequency fv of the vortex emission spectrum are represented by the linear sum of a few basic frequency spectra. This indicates that the number of basic cycles is relatively small, and the order of the structure of the vortex train is relatively high. 4. When fc/fv=2.3, the wave number fp is not dispersed, fp is a small number of basic wave numbers, and the linear sum of the wave numbers indicates that the vortex train is unstable. When fc/fv=1.0 ~ 1.4, the formation of secondary Fingers in vortex train is discussed. When fc/fv=2.3, the microclimate of vortex train is discussed ((C) vortex train). 5. The microclimate of the vortex train shows the order of the formation of the vibration synchronization of the cylinder and the vortex train (N type, NP type, P type). The formation conditions of the vortex train (N type, NP type, P type) are adjacent to each other.

项目成果

永田 拓,洞山 隆弘: "カオス移行過におけるカルマン渦列の視覚構造と速度変動" 日本機械学会論文集. (1992)

Taku Nagata，Takahiro Doyama：“混沌过渡期间卡门涡街的视觉结构和速度波动”，日本机械工程师学会会刊（1992）。

永田 拓,石丸 尊士: "カオス移行過程におけるカルマン渦列の視覚構造" 航空宇宙技術研究所特別資料. (1992)

Taku Nagata、Takashi Ishimaru：“混沌过渡过程中卡门涡街的视觉结构”航空航天技术研究所专用材料（1992）。

永田 拓,石丸 尊士: "一様流中で方向に振動する円柱背後の渦列の三次元構造" ながれ(日本流体力学会誌). 10. 409-416 (1991)

Taku Nagata、Takashi Ishimaru：“在均匀流动方向上振动的圆柱体后面的涡流阵列的三维结构”Nagare（日本流体力学学会杂志）10. 409-416（1991）。