交互渦によるインライン振動物体の励振力

交变涡旋对直线振动物体的激振力

• 批准号: 14550161
• 负责人: 岡本 史紀
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14550161/
• 关键词: 圧力; 渦; 流体力; 円柱; ロックイン; 流体関連振動

流体による振動は従来、交互渦であるカルマン渦による渦励振(渦励起振動)が一般的に良く知られている。それは渦流出に伴って流れに直角方向(揚力方向)の振動が誘起され、物体の固有振動数がカルマン渦の流出振動数に近づくと、カルマン渦の流出振動数が物体の固有振動数に引きつけられる、いわゆるロックイン現象を生じる。このロックイン状態では物体の振動振幅が急激に増加し、時には大規模な事故等が誘発される場合もある。このようなカルマン渦による渦励振は流れに直角方向の振動が卓越しているが、今まであまり知られていない流れ方向(インライン)の振動も最近注目されている。本研究では研究の第一段階として2次元円柱を流れ方向に強制振動させ、加振振動数をロックイン状態の領域内外に変化させた場合の2次元円柱に作用する流体力について詳細に調べる。その結果、従来解明されていない交互渦流出に伴う流れ方向振動のロックイン状態の領域内外の円柱に作用する非定常な流体力の定量的評価を行う。本研究で用いた風洞は、500mm×500mmの正方形吹き出し口をもつN.P.L式ブローダウン型風洞で、長さ2000mmの測定部を有している。モデルとなる円柱は直径D=50mmでアルミニウム製のものを用い、前縁より500mm下流の位置に片持ち支持された円柱を加振装置に設置し、主流方向に片側振幅1.5mmに正弦的に加振した。実験は主流速度4m/s、Re=1.32×10^4のもとで行った。背面圧力係数と無次元加振振動数Svの関係を調べると、ロックイン領域に入ると無次元加振振動数が増えるとともに背面圧力係数は急激に低下し、Sv=0.375付近で最低値に達し、再び高い値へ増加する。これはロックイン領域では円柱への加振は規則的な渦生成を促進させるために円柱からのはく離せん断層の巻き込みを強め、かなり明瞭な渦列が形成される。そのため背面圧力係数は静止円柱の結果と比べて低下する。さらに平均抗力係数も背面圧力係数の変化とほぼ対応しており、ロックイン領域に入ると抗力係数は増加し、Sv=0.375付近で最も高い値を示す。その後Sv>0.375になると減少する傾向を示している。次に振動位相角に対して変化する変動抗力係数の最大値を用いて、円柱表面に作用する変動抗力係数の無次元加振振動数に対する変化を求めた。ロックイン領域に入ると変動抗力係数が急激に増加し、ロックイン領域のSv=0.4で最大値に達した。本研究から次のようなことが明らかになった。(1)本研究ではSv=O.325〜0.425の範囲でロックイン領域に入ることが明らかになった。(2)ロックイン領域ではその前後と比べて背面圧力は低下し、平均抗力はその影響を受け急激に増加する。(3)ロックイン領域では表面圧力、変動圧力とも振動位相角により大きく変化する。さらに変動抗力係数は急激に増加する。

Fluid vibrates, mutual vortices, and vortex excitation (vortex excitation vibrates), which is a general good thing.それは vortex outflow and って flow れにVibration in the right-angle direction (lift direction) のinduced され, natural vibration number of the object がカルマン vortex outflow vibration The number of close and outgoing vibrations of the vortex, the number of natural vibrations of the object, the number of natural vibrations, and the number of いわゆるロックインphenomenon. This state is applicable to situations such as rapid increase in vibration amplitude of an object, large-scale accidents, etc.このようなカルマンvortex によるvortex excitation は flow れにRight angle direction の Excellent しているが、Now The direction of まであまり知られていない流れ(インライン)のvibrationも has been recently noticed by されている. The first stage of this study is the direction of the flow of the 2-dimensional column, the forced vibration, and the number of vibrations.インSTATE の realm inside and outside に変化 さ せ た occasion の 2-dimensional pillar に action す る fluid force に つ い て に tune べ る. As a result, we can explain the flow of the mutual vortices, the vibration in the direction of the current, the state of the flow, the action of the column inside and outside the field, and the quantitative evaluation of the unsteady fluid force. This study used a wind tunnel, a 500mm × 500mm square blowing pipe, an N.P.L type wind tunnel, and a measuring section with a length of 2000mm. The diameter of the モデルとなる円円はD=50mmでアルミニウムのものをい, the front column 500mm downstream position The chip holder supports the installation of a vibration excitation device using a column, and a sinusoidal vibrator with an amplitude of 1.5mm on the chip side in the mainstream direction. The main flow speed of 実験は is 4m/s, Re=1.32×10^4のもとで行った. The relationship between the back pressure coefficient and the dimensionless vibration number Sv is as follows: The back pressure coefficient of るとともに is sharp and low, Sv=0.375 is close to the lowest value, and it is higher and higher.これはロックイン区では円 Pillar へのincreasing vibration は regular vortex generation を promotion させるためにThe pillars are separated and the faults are strong and the vortices are formed. The result of the pressure coefficient of the backside of the そのためstatic pillar is lower than that of the べて.さらに Average resistance coefficient も Back pressure coefficient の変化 とほぼ対応しており、ロックインThe field is entered and the resistance coefficient is increased. Sv=0.375 is the highest and the highest value is shown. After Sv>0.375, the tendency to reduce the risk is reduced. The maximum value of the secondary vibration phase angle, the dynamic resistance coefficient, the dynamic resistance coefficient of the pillar surface, the non-dimensional vibration number, and the dynamic resistance coefficient of the pillar surface. The kinetic resistance coefficient of the ロックイン domain is にると変kinetic resistance coefficient is sharply increased, and the ロックイン domain のSv=0.4 is the maximum resistance coefficient. This study is based on the original research. (1) This study was carried out in the field of Sv=O.325~0.425. (2) The front and rear pressure of the ロックイン field is lower than that of the back pressure of the べて back, and the average resistance is affected by the sudden stimulation and the increase. (3) The surface pressure, dynamic pressure and vibration phase angle of the ロックイン field are large and large, and the pressure is changed. The coefficient of dynamic resistance is increased rapidly.