تعامل سازه و سیال
در نشریات گروه مکانیک-
پژوهش حال حاضر حسگر تیغه پیزوالکتریک را از مناظر گوناگون به منظور کنترل نوسانات سیلندر دایروی حاضر در بالادست تیغه پیزوالکتریک و کنترل جریان نوسانی سیال اطراف تیغه با استفاده از نیروی برآ بر روی تیغه پیزوالکتریک را مورد مطالعه قرار داده است. چیدمان مورد نظر یک تیغه پیزوالکتریک در پایین دست یک سیلندر دایروی قرار گرفته و به کمک حد خاصی از نوسانات تیغه، ضریب سختی فنر سیلندر با فرض از مقدار (N/M) 65 در حالت عادی به (N/M) 100 در حالت لزوم اعمال کنترل کننده و همچنین در حالات دیگر نرخ میرایی با فرض از مقدار صفر به (Nm/S)02/0 افزایش می یابد و از این طریق، نوسانات سیلندر کنترل می شود. به همین ترتیب با کنترل نوسانات سیلندر اثر آن بر نوسانات تیغه که در پایین دست واقع شده، تحت عنوان اثرات بازخورد مورد بررسی واقع شده است. با کنترل بازخورد نیروی وارد بر روی تیغه پیزوالکتریک در یک حلقه بسته می توان بر میزان جا به جایی نوک تیغه و نیروی برآ بر روی تیغه پیزوالکتریک نظارت داشت. در این بررسی ها مشخص شده که در حالتی که حد خاص اعمال کنترل کننده 7/0 میلیمتر نوسانات نوک تیغه پیزوالکتریک باشد، به دلیل اعمال زودتر کنترل کننده نسبت به حد خاص 1 و 2 میلیمتر نوسانات نوک تیغه، نوسانات سیلندر بیشتر کنترل شده و محدوده نوسانات آن کمتر است. همچنین با مقایسه حالتی که کنترل کننده وارد مدار شده است نسبت به حالت بدون کنترل کننده مشخص است نوسانات تیغه و سیلندر تا حدی تحت کنترل قرار گرفته اند.
کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، برداشت انرژی، تعامل سازه و سیال، ارتعاشات القایی، حسگرهای پیزوالکتریکThe current research has studied the piezoelectric blade sensor from different views in order to control the oscillations of the circular cylinder present upstream of the piezoelectric blade and to control the fluctuating fluid flow around the blade using the force on the piezoelectric blade. The desired arrangement of a piezoelectric blade is placed downstream of a circular cylinder and with the help of a certain limit of blade oscillations, the hardness coefficient of the cylinder spring is applied from 65 (N/M) in normal condition to 100 (N/M) in the necessary condition. The controller as well as in other cases, the damping rate increases from zero to 0.02 (Nm/S) and in this way, the oscillations of the cylinder are controlled. In the same way, by controlling the oscillations of the cylinder, its effect on the oscillations of the blade, which is located downstream, has been investigated under the title of feedback effects. By controlling the feedback of the force on the piezoelectric blade in a closed loop, it is possible to monitor the displacement of the tip of the blade and the force on the piezoelectric blade. In these studies, it has been determined that in the case where the specific limit of the controller is 0.7 mm of the oscillations of the piezoelectric blade tip, due to the earlier application of the controller compared to the specific limit of 1 and 2 mm of the oscillations of the blade tip, the oscillations of the cylinder are Also, by comparing the state where the controller is included in the circuit compared to the state without the controller, it is clear that the oscillations of the blade and cylinder have been controlled to some extent.
Keywords: Computational Fluid Dynamics, Energy Harvesting, Fluid-Structure Interaction, Induced Vibrations, Piezoelectric Sensors -
در مطالعه حاضر مشخصات ارتعاش ناشی از گردابه سیال هادی جریان الکریسیته حول استوانه قرار گرفته بر بستر الاستیک به صورت عددی بررسی شده است. جریان سیال تحت تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت در راستای محور استوانه بوده تا کارایی این روش کنترل فعال حلقه باز در کاهش ارتعاشات ناشی از گردابه سازه مورد ارزیابی قرار گیرد. جهت تحلیل این مسیله دو طرفه تعامل سازه و سیال، روش عددی حجم محدود برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم حاکم بر جریان سیال و روش انتگرال صریح برای حل معادلات حرکت سازه صلب استفاده شده است. شبیه سازی ها به ازای سرعت های کاهش یافته 2 تا 9 و مقادیر مختلف عدد استورات انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد، اثربخشی میدان بسیار خوب بوده و ارتعاش عرضی و طولی به صورت کامل (100%) کاهش یافته است. برای تمام سرعت های کاهش یافته، با افزایش قدرت میدان مغناطیسی، رفته رفته روند ریزش گردابه ها متوقف شده تا جایی که بطور کلی یک دنباله متقارن تشکیل شده و با عبور از شدت میدان مغناطیسی بحرانی حتی دنباله گردابه متقارن نیز ناپدید می شود.
کلید واژگان: ارتعاشات القایی ناشی از گردابه، تعامل سازه و سیال، میدان مغناطیسی، شبیه سازی عددیThe present study numerically evaluates vortex-induced vibration (VIV) for an electrically conductive fluid around a cylinder on an elastic support. The flow is subjected to a uniform magnetic field in the z-direction to evaluate the VIV attenuation performance of this open-loop active control method. To analyze this fluid-structure interaction (FSI) problem, the finite volume method (FVM) was employed based on the SIMPLE algorithm to solve the governing continuity and momentum equations of the fluid flow and an explicit integration method to solve the motion equations of the rigid structure. Simulations were carried out at reduced velocities of 2-9 and different Stuart numbers. The simulation results demonstrated that the magnetic field was significantly effective and wholly (100%) suppressed transverse and longitudinal VIVs. A rise in the magnetic field magnitude eliminated vortex shedding for all the reduced velocities, leading to a symmetric wake. The symmetric vortex even disappeared above the critical Stuart number.
Keywords: Vortex-Induced Vibration, Fluid-structure interaction (FSI), Magnetic field, Numerical simulation -
یکی از مهمترین مسائل پیش روی جامعه امروزی موضوع تولید انرژی و چالش های پیرامون آن می باشد. به همین دلیل پرداختن به مسئله برداشت انرژی از روش های گوناگون بسیار حائز اهمیت است. یکی از همین روش ها، برداشت انرژی از ارتعاشات ناشی از جریان سیال می باشد. ارتعاشات به وجود آمده از جریان تراکم ناپذیر سیال هوا اطراف یک سیلندر که در پشت آن سه تیغه از جنس پیزوالکتریک در ساختارهای مختلف قرار دارد می تواند یکی از بهترین گزینه ها برای بررسی و ارزیابی مقدار نیروی الکتریکی بدست آمده از ارتعاشات تیغه پیزوالکتریکی باشد. مطابق این پژوهش، حالتی که در آن تیغه پیزوالکتریک میانی به اندازه نصف طول تیغه به سمت راست تغییر مکان داده و جهت گیره نگهدارنده آن مخالف جهت گیره نگهدارنده تیغه های بالا و پایین است، هم از نظر میزان تولید ولتاژ و هم از نظر کاهش احتمال برخورد تیغه ها با یکدیگر بهترین ساختار معرفی می شود. با توجه به کاهش احتمال برخورد تیغه ها با یکدیگر در این حالت بهینه، بیشترین عدد رینولدز بدون برخورد تیغه ها از 2400 در ساختارهای غیر بهینه به 2600 در ساختار بهینه رسیده و همین موضوع موجب افزایش 12 درصدی تولید ولتاژ در تیغه میانی و حدودا 14 درصدی در تیغه های بالا و پایین شده است.کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، برداشت انرژی، تعامل سازه و سیال، تیغه های پیزوالکتریک، نوسانات فرکانس پایینOne of the most important issues facing today's society is the issue of energy production and the challenges surrounding it. For this reason, it is very important to address the issue of energy harvesting from various methods. One of these methods is energy harvesting from vibrations caused by fluid flow. Vibrations generated by the incompressible air fluid flow around three parallel piezoelectric blades behind a circular cylinder at different longitudinal distances can be one of the best options for examining and evaluating the amount of electrical voltage generated by piezoelectric blade vibrations. According to this study, a situation in which the middle piezoelectric blade is shifted by half the length of the blade to the right and the direction of the clamp is opposite to the direction of the clamp of the up and down blades is the optimal structure for voltage output and reducing collision probability. Due to the reduced probability of the blades colliding with each other in this optimal case, the maximum Reynolds number without the blades colliding increased from 2400 in non-optimal structures to 2600 in the optimal structure, which increased the voltage output in the middle blade by 12% and about 14% for up and down blades.Keywords: Computational Fluid Dynamics, Energy Harvesting, Fluid-Structure Interaction, Piezoelectric Blades, Low Frequency Oscillations
-
در پژوهش حاضر، اثر تغییر نیم موج های محیطی بر فرکانس های طبیعی پوسته های استوانه ای به صورت تجربی و عددی بررسی شده است. سه پوسته استوانه ای با نسبت قطر به طول متفاوت مورد بررسی قرار گرفتند. حالت های مختلف تماس با آب هم با روش شبیه سازی عددی و هم آزمون های تجربی مورد مقایسه واقع شدند. اثرات عمق غوطه وری، نسبت قطر به طول، روند تغییرات فرکانس طبیعی در نیم موج های محیطی مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی ها نشان داد که کاهش فرکانس های طبیعی پوسته استوانه ای برای نیم موج های محیطی مربوط به فرکانس کمینه، اندک و برای قبل و بعد این نیم موج محیطی، بیشتر است و در آغاز غوطه وری و در غوطه وری کامل، کاهش فرکانسی به صورت ناگهانی است. همچنین با کاهش نسبت قطر به طول پوسته، فرکانس های مربوط به نیم موج های محیطی پایین کاهش یافته و کمترین مقدار فرکانس طبیعی به سمت نیم موج های محیطی کمتر متمایل می شود. در نیم موج های محیطی پایین، فرکانس های طبیعی، اختلاف قابلتوجهی دارند و با افزایش شماره n، این اختلاف کاهش یافته و به یکدیگر هم گرا می شوند.
کلید واژگان: نیم موج های محیطی، تعامل سازه و سیال، ارتعاشات زیرآب، فرکانس طبیعی، شکل مودIn the present study, the effect of circumferential mode number on natural frequencies of cylindrical shells was investigated numerically and experimentally. Three cylindrical shells with different diameter to length ratios were examined. Different contact type with water were compared using both numerical simulation and experimental tests. The effects of immersion depth, diameter to length ratio, variations of natural frequency with different circumferential mode number were investigated. The reduction of the natural frequencies of the cylindrical shell for the minimum frequency of different circumferential mode number is low, but it increases for higher and lower frequencies, and at the beginning of immersion and at full immersion, the frequency decreases suddenly. Also, as the ratio of diameter to shell length decreases, the frequencies of the low circumferential mode number decrease and the lower value of the natural frequency tends to lower circumferential mode number. At low circumferential mode number, the natural frequencies differ considerably, and with increase of n number, the difference decreases and converges.
Keywords: Circumferential mode number, Fluid-solid interaction, Under-water vibrations, natural frequency, mode shape -
پره توربین وظیفه استخراج انرژی در فشار بالا را دارد که در معرض نیروی گریز از مرکز و نیروهای سیال قرار می گیرد. در این مقاله ابتدا تحلیل ارتعاشی پره توربین و تاثیر فشار وارد بر سطح روتور [i] در تعامل سازه و سیال بررسی شده است. سپس با مدل سازی و صحت سنجی نتایج و کوپل سیال و سازه، میزان جابه جایی و تغییر فرکانس ارتعاشی پره توربین در سه جنس مختلف بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد با افزایش سرعت ورودی جریان سیال، میزان فشار وارد بر روتور افزایش یافته و در نتیجه دامنه نوسانات ارتعاشی نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج حاصل از کوپل دوطرفه نشان می دهد که تغییرات فشار بر روی روتور در حالت کوپل کمتر و ملایم تر از حالت بدون کوپل است. فشار وارد بر سطح روتور از جلوی روتور به مرکز روتور حرکت کرده و همچنین فشار در حالت کوپل در سطح پایینی روتور افزایش و در سطح بالایی روتور کاهش یافته است.
کلید واژگان: ارتعاشات، آنالیز مودال، روتور توربین، تغییرات فشار، تعامل سازه و سیال
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
©2000-2025 magiran.com All Rights Reserved.