ИСТИНА

В литературе последнего десятилетия наблюдается большой интерес к возможности отбора полезной мощности из систем, совершающих аэроупругие резонансные колебания. Исследования для данных задач проводились экспериментальными методами или на основе приближенных постановок задач с использованием различных феноменологических моделей для гидродинамических сил. В настоящей работе на основе авторской бессеточной вычислительной технологии вязких вихревых доменов (ВВД-метод) в полной сопряжённой постановке решается задача о поперечных резонансных автоколебаниях круглого цилиндра, закреплённого на линейно-вязко-упругой пружине в неограниченном пространстве вязкой несжимаемой сплошной среды. В тестовых расчётах, выполненных для случая неподвижного цилиндра в диапазоне чисел Рейнольдса от 200 до 2000, получено соответствие известным экспериментальным данным по числам Струхаля Sh=D fg /U, где D – диаметр цилиндра, U – скорость потока жидкости, fg – главная частота колебаний поперечной гидродинамической силы на режимах с образованием вихревой дорожки Кармана. Воспроизведены затухающие свободные колебания цилиндра на упругой пружине в неподвижной среде и незатухающие автоколебания в потоке среды. При приближении собственной частоты автоколебаний цилиндра в среде к частоте зарождения вихрей в дорожке Кармана наблюдается интенсивный рост амплитуды автоколебаний. Произведено сравнение с имеющимися результатами экспериментов для амплитуд незатухающих колебаний кругового цилиндра на пружине без трения при наличии потока при относительной плотности цилиндра ρ = 3. Получено удовлетворительное согласие. Отбор мощности в системе моделируется наличием вязкого трения в составе удерживающей упругой связи. Показано, что существует интервал величин коэффициента трения в пружине, при которых колебания цилиндра остаются незатухающими, при этом максимум осреднённого по времени отбора мощности достигается внутри интервала существования незатухающих автоколебаний. Рассмотрен случай совместных автоколебаний поперечного тандема параллельных цилиндров при их аэродинамической интерференции. Выявлена возможность усиления колебаний пары круглых цилиндров по сравнению с автоколебаниями одиночного цилиндра. Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 18-31-20057).