着雪・着氷した円柱状構造物における流力振勤現象の解明と防止

冰雪覆盖的圆柱形结构中流体振动现象的阐明和预防

• 批准号: 17760126
• 负责人: 高井 和紀
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kitami Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760126/
• 关键词: 円柱状構造物; 流力振動現象; 渦励振; 変動流体力; フローパターン; 振動制御; 着雪・着氷

本研究は着雪・着氷を有する円柱状構造物に発現する流力振動現象に関して,振動応答特性および発現メカニズムの解明と振動防止法の確立を目的として行ったものである.具体的には,風洞自由振動実験による流力振動のモデル実験,水路強制振動実験によるフローパターンの可視化観測実験並びに数値シミュレーション解析を実施し,流力振動応答特性の解明および発現メカニズムの検討を行った.なお,得られた結果は本研究課題においてその基礎となる着雪・着氷を有しない場合の円柱状構造物における流力振動現象についてが大部分である.本研究により得られた結果の第一は,円柱の流力振動時における円柱表面の変動圧力分布の振動1周期における変化と円柱からはく離するせん断層の挙動および後流に形成されるカルマン渦列の形成との対応を明らかにし,流力振動の発現メカニズムを明らかにしたことである.結果の第二は,円柱状構造物における流力振動現象の制御手法として円柱背面に柔軟性の高いフレキシブルシートを設置する制御手法を考案し,その制御効果を検証したことである.実験の結果,流力振動の制御効果が極めて高いフレキシブルシートの設置条件を見出すことができた.またフレキシブルシートによる制御における最大の特徴は,フレキシブルシートが円柱後方で半円筒形状に変化し,その形状およびシートの柔軟性が流力振動の制御に対して極めて効果的に作用することである.この特徴により主流の風方向が変化した場合においても,流力振動の制御効果は減少することなく,広範囲な風方向に対する流力振動の制御が可能となることを見出した.

This study is aimed at establishing a method to prevent the occurrence of hydrodynamic vibration in columnar structures. Specifically, the flow force vibration in wind tunnel free vibration condition is measured visually and the numerical value is analyzed. The flow force vibration response characteristics are analyzed and discussed. The results obtained are the basis of this research topic. In some cases, columnar structures are subjected to hydrodynamic vibration phenomena. The results of this study are as follows: 1. The dynamic pressure distribution on the cylinder surface during the fluid force vibration of the cylinder changes from one period to the next, and the dynamic pressure distribution on the cylinder surface changes from one period to the next. The results show that the control method of the hydrodynamic vibration phenomenon of the second column structure is investigated, and the control effect is verified. As a result, the control effect of flow force vibration is extremely high. The most important characteristics of the control system are: the shape of the cylinder behind the cylinder, the flexibility of the shape, the control of the fluid vibration and the effect of the pole. The characteristics of this phenomenon are that when the wind direction of the main flow changes, the control effect of the flow force vibration decreases, and the control effect of the flow force vibration changes according to the wind direction.