Ученые НИИ механики МГУ исследовали автоколебания цилиндра конечной длины, закрепленного на упругой балке, в воздушном потоке. Такая модель нередко используется как пример простой системы, в которой возникают автоколебания при определенных скоростях ветра. Результаты опубликованы в журнале Q1 Physics of Fluids и могут быть применены в проектировании элементов зданий и безлопастных ветрогенераторов.
Работа была проведена в рамках совместного исследования лабораторий аэромеханики и волновой динамики и экспериментальной гидродинамики НИИ механики МГУ. Особое внимание исследователи уделили изучению влияния геометрии торца цилиндра на его аэродинамику и колебания.
Актуальность темы обусловлена активным развитием технологий ветрогенерации, в том числе в труднодоступных регионах – в зонах Крайнего Севера и пустынь, где эксплуатация традиционных роторных ветряков из-за наличия подшипников и трущихся частей затруднена.
«В ходе проведения эксперимента изучен характер схода вихрей вдоль размаха цилиндра и его изменение при различных типах концевых условий, которые моделировались с помощью четырех вариантов концевых насадок (свободный торец, полусфера, прикреплённые и неприкреплённые аэродинамические шайбы) на развитие крутильных колебаний и формирование вихревого следа за цилиндром», – объяснил м.н.с. лаборатории аэромеханики и волновой динамики НИИ механики МГУ Ярослав Демченко.
Результаты анализа показывают существенную неравномерность распределения фазы схода вихрей по длине цилиндра. Установлено, что присоединенные и отсоединенные аэродинамические шайбы оказывают различное влияние на резонансные колебания. Так, при классических поперечных колебаниях эффект сглаживания распределения незначителен, тогда как при крутильных колебаниях он резко усиливается, приводя к квазидвумерному характеру схода вихрей (по верхней и нижней половинам цилиндра).
Полученные результаты позволяют лучше понимать и контролировать возникновение крутильных колебаний в потоке воздуха. Это может быть использовано при разработке новых типов ветроэнергетических установок, в том числе безлопастных генераторов, где энергия извлекается из управляемых колебаний конструкции. Такие решения потенциально проще по устройству, не требуют сложных вращающихся узлов и лучше подходят для эксплуатации в тяжелых условиях. Кроме того, результаты могут применяться при проектировании инженерных сооружений для повышения их устойчивости к ветровым нагрузкам и предотвращения разрушений.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
