ВИХРЕВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
А.С. Гузеев, С.Ю. Соловьёв
ФГУП Крыловский Государственный научный центр.
e-mail: guzas52@mail.ru, mrnew@mail.ru
Аннотация
Представлены результаты исследования структуры вихревого следа за моделью 2-х пролетного моста и их вихревое взаимодействие. Выявлены некоторые закономерности колебаний одиночного цилиндра вызванные вихревым следом за ним.
Ключевые слова: визуализация потока, вихревой след, колебания, вихри.
Структура вихревого следа за крыльями и техническими объектами хорошо исследована методами визуализации потоков [1, 2 и др.], однако наличие вибрации конструкций дают основания для продолжения исследований вихревого следа.
Исследования проводились в вертикальной гидродинамической трубе ФГУП «Крыловский государственный научный центр», предназначенной для визуализации течений. Труба имеет прозрачный рабочий участок сечением 0,15 х 0,15 м, длиной 0,6 м и диапазон скоростей потока 0 ÷ 1,5 м/с.
Рис. 1. Вихревой след за моделью одиночного пролета, при скорости V = 4
На рис. 1, 2 показано вихреобразование за одним пролетом при различных скоростях потока. Хорошо видно увеличение частоты схода вихрей при увеличении скорости потока.
а
б
Рис. 2. Вихревой след за моделью одиночного пролета, при скоростях V = 10 (а) и 20 см/с (б)
Исследования модели большепролетного моста «Камнерезов» (Гонконг) показали, что поперечный вихревой след, возбуждаемый при обтекании одного пролета, попадает на второй пролет, и может вызывать нестационарное его обтекание и колебания. На рис. 3 показаны мгновенные картины натекания отдельный вихрей на второй пролет и вихреобразование над полотном второго пролета при жестком закреплении конструкций.
а
б
Рис. 3. Вихреобразование за первым пролетом и над плоскостью второго пролета, V=10 cм/c, в различные моменты времени
На рис. 4 показаны фрагменты видеозаписи колебаний второго пролета, вызванные срывом вихрей с первого пролета, модель второго пролета при этом была упруго закреплена и имела возможность перемещаться в вертикальном направлении. Размах колебаний составил величину равную толщине пролета. Диапазон изменения угла наклона плоскости полотна, при колебаниях - ∆α = 22° при V = 10 см/с.
а
б
Рис. 4. Вихревое взаимодействие конструкций модели двухпролетного моста. Колебания 2-го пролета при упругом его закреплении. На фото а) и б) показаны крайние положения 2-го пролета при его колебаниях (∆t = ¼ Т)
Отрывное обтекание отдельных конструкций однородным потоком сопровождается вихреобразованием в следе и вызывает автоколебания. Классическим примером в этом случае является вихреобразование за круговым цилиндром рис. 5.
а
б
Рис. 5. Структура вихревого следа за круговым цилиндром:
а) V=4 см/с., б) V=10 см/с.
|
а |
б |
Рис. 6. Вихревые автоколебания цилиндра
d = 1 см, на упругой подвеске, V = 0,5 м/с;
а) фото с экрана при замедленной видеосъемке, выдержка 4 с,
б) петлеобразная траектория движения цилиндра, амплитуда колебаний цилиндра 30
мм
Автоколебания, вызванные вихреобразованием при отрывном обтекании, имеют сложный характер и вызывают колебания не только объектов расположенных в следе, но и конструкций генерирующих вихри [1]. На рис. 6 показана петлеобразная траектория движения цилиндра упруго закрепленного в потоке. Такая петля напоминает видоизмененную лемнискату Бернули с выраженными фокусами, относительно которых колеблется цилиндр.
Список литературы
1. Девнин С.И. Гидроупругость конструкций при отрывном обтекании. Л.: Судостроение, 1975, 193 стр.
2. Гузеев А.С., Соловьев С.Ю. Исследования концевого вихря и вихревого следа за крыловым профилем. Оптические методы исследования потоков: XII Международная научно-техническая конференция: труды конференции. М.: НИУ «МЭИ», 2013. 1 электрон. оптич. диск. Доклад № 8-8, 5 с.
VORTEX INTERACTION ENGINEERING STRUCTURES
A.S. Guzeev, S.Yu. Solovyev
Krylov State Research Centre
E-mail: guzas52@mail.ru, mrnew@mail.ru
Abstract
Presents the results of the structure of vortex trail behind the model of a 2-span bridge and vortex interaction. Identified some patterns of oscillations of a single cylinder caused by the vortex behind him.
Keywords: flow visualization, vortex trail, oscillations, vortices.
References
1. Devnin S.I. Gidrouprugost' konstrukcij pri otryvnom obtekanii [Hydroelasticity designs when separated flow]. Shipbuilding, 1975, 193 p.
2. Guzeev A.S., Solov'ev S.Ju. Issledovanija koncevogo vihrja i vihrevogo sleda za krylovym profilem [Studies tip vortex and vortex wake behind airfoil]. Optical methods of research streams: XII International Scientific Conference. Conference Proceedings. National Research University "MPEI", 2013. 5 p.