Поперечные автоколебания цилиндра, сильно загромождающего поток вязкой жидкости в плоском канале

Гувернюк, С.В.; Дынникова, Г.Я.; Дынников, Я.А.; Андронов, П.Р.

Авторы: Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я., Дынников Я.А., Андронов П.Р.
Сборник: Тезисы докладов XXIII международной конференции «Нелинейные задачи теории гидродинамической устойчивости и турбулентность» 25 февраля – 04 марта 2018
Тезисы
Год издания: 2018
Место издания: НИИ механики МГУ
Первая страница: 37
Последняя страница: 37
Аннотация: В начале 2000-х годов в НИИ механики МГУ под руководством проф. В.П. Карликова был проведен цикл систематических экспериментальных исследований обтекания в каналах тел, существенно загромождающих поток жидкости и обладающих свободой перемещения поперек канала [1]. В частности, были исследованы общие закономерности интенсивных поперечных автоколебаний цилиндров, сопровождающиеся их ударным взаимодействием со стенками плоского канала, получены обобщающие эмпирические зависимости безразмерной частоты автоколебаний (числа Струхаля Sh=f*D/V) от степени загромождения канала D/H и относительной плотности цилиндра ρц /ρж, рис.1. При этом отмечалось, что данных опытах не было заметного влияния числа Рейнольдса Re=VD/ν и параметров Ei, характеризующих упругие свойства материалов соударяющихся цилиндра и стенок канала, на величину безразмерной частоты Sh, [2-3]. Однако последний вывод был основан на косвенных единичных данных, а непосредственных измерений коэффициентов отскока соударяющихся тел не проводилось. Известные попытки математического моделирования автоколебаний рассматриваемого типа не выходили за рамки приближенных квазистатических моделей. Так в работе [4] предложена модель, основанная на стационарных схемах обтекания цилиндра идеальной несжимаемой жидкостью с априорно задаваемыми точками отрыва и в предположении о неупругом характере соударений. Удачных попыток постановки вычислительного эксперимента для данной задачи до настоящего времени также известно не было (основные трудности связаны с тем, что геометрия области течения изменяется во времени, причем в момент соударения изменяется связность этой области; требуется строить решение с согласованием граничных условий для жидкости на поверхности тела с его неизвестной скоростью в каждый момент времени; процесс соударения твердых тел в жидкости представляет собой отдельную малоизученную проблему моделирования). В данной работе математическая задача о поперечных автоколебаниях цилиндра в потоке вязкой несжимаемой жидкости в плоском канале решена в полной сопряженной постановке, при которой сплошная среда и подвижное твердое тело описываются как единая динамическая система без расщепления на динамическую и гидродинамическую составляющие. Расчеты выполнены с помощью авторского программного кода, основанного на бессеточном численном методе вязких вихревых доменов (ВВД) решения двумерных уравнений Навье-Стокса [5], что позволило преодолеть все вышеперечисленные трудности моделирования в данной задаче. На каждом шаге по времени решается система линейных уравнений, выражающая условие непротекания на твердых стенках и закон сохранения импульса системы жидкость–тело. Неизвестными величинами в этой системе являются циркуляции генерируемых на твердых границах дискретных вихревых частиц и мгновенная скорость тела. Предполагается, что взаимодействие со стенкой происходит мгновенно, при этом цилиндр получает от стенки импульс P=P1+P2, равный сумме импульса P1, необходимого для его остановки при выполнении условия непротекания в момент остановки, и импульса P2= k P1, где k– физический коэффициент восстановления скорости цилиндра при соударении тех же тел в вакууме. При этом суммарный импульс, полученный телом, автоматически перераспределяется между телом и жидкостью в результате решения вышеупомянутой системы уравнений. Данная модель соударений тел в жидкости была предложена и получила экспериментальное подтверждение в работе [6]. Выявлена существенная зависимость частоты автоколебаний цилиндра в канале от параметра k. ЛИТЕРАТУРА 1. Карликов В. П., Резниченко Н. Т., Шоломович Г. И. О динамических эффектах обтекания в трубах колеблющихся тел, сильно загромождающих поток //МЖГ. — 2001. — № 4. — С. 122–122. 2. Карликов В. П., М. В. Лукашевич, Резниченко Н. Т. и др. Об автоколебаниях свободных цилиндров, сильно загромождающих поток в плоском канале // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1: Мат.. Мех. — 2004. — № 3. — С. 35–40. 3. Карликов В.П., Хомяков А.Н., Шоломович Г.И. Экспериментальное исследование поперечных автоколебаний круговых цилиндров, сильно загромождающих поток в плоском канале // МЖГ. —2005. —№ 5. — С. 133–138. 4. Молодых О.В., Степанов Г.Ю. Расчет поперечных квазистационарных автоколебаний кругового цилиндра при отрывном обтекании несжимаемой жидкостью в плоском канале // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1: Мат.. Мех. — 2004. — № 3. — С. 41–44. 5. Андронов П. Р., Гувернюк С. В., Дынникова Г. Я. Вихревые методы расчета нестационарных гидродинамических нагрузок. — М.: изд-во Моск. ун-та. — 2006. — 184 с. 6. П. Р. Андронов, С. В. Гувернюк, Я. А. Дынников и др. Теоретическое и экспериментальное исследование соударений шара с неподвижной стенкой в вязкой жидкости / В сб.: "Материалы XXVIII научно-технической конференции по аэродинамике". — Жуковский, ЦАГИ — 2017. — С. 39–40.
Добавил в систему: Андронов Петр Роальдович

	ИСТИНА	Войти в систему Регистрация
	ИСТИНА ЦЭМИ РАН
	Главная Поиск Статистика О проекте Помощь

ИСТИНА

ИСТИНА ЦЭМИ РАН

Поперечные автоколебания цилиндра, сильно загромождающего поток вязкой жидкости в плоском каналетезисы доклада

Прикрепленные файлы