ОСОБЕННОСТИ ОБТЕКАНИЯ НЕПОДВИЖНЫХ И СВОБОДНО КОЛЕБЛЮЩИХСЯ ЦИЛИНДРОВ В ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ
Автор: Олег Олегович Иванов
Организация: НИИ механики МГУ
Рис. Пример обтекания свободно колеблющегося (сверху) и неподвижного (снизу) цилиндров в присутствии пластины конечной длины (на рисунке не показана), смещенной на радиус цилиндра поперек потока.
При движении жидкости или газа около плохо обтекаемых тел в широком диапазоне чисел Рейнольдса наблюдается процесс периодического схода вихрей за телом, что приводит к действию периодической силы на тело. Для упругих конструкций при сближении одной из собственных частот с частотой схода вихрей возникает резонанс [1, 2], при котором амплитуда колебаний может быть значительна, и что, в свою очередь, может приводить к неприятным условиям эксплуатации различных конструкций, вплоть до их разрушения.
Постановки задач об обтекании жестких или упругих цилиндров потоком жидкости или газа, которые встречаются на практике, достаточно разнообразны: в одних ситуациях цилиндр находится вблизи твердых поверхностей (проходящий по дну моря трубопровод), в других – цилиндр имеет один или несколько свободных торцов (дымовые трубы) и т.д. Все эти дополнительные условия усложняют течения, но и могут приводить к появлению некоторых новых эффектов в сопряженной задача об обтекании упругого тела средой.
В работе рассматриваются результаты экспериментов в аэродинамической трубе, связанных с обтеканием упругого цилиндра (резинового шнура) вблизи твердых стенок, а именно пластин конечной ширины и длины (ее размах равен длине шнура и высоте рабочей части канала) и «плоскости» (пластины с большим отношением длины к диаметру шнура). Показано существенное изменение обтекания и вибрационного отклика цилиндра на присутствие твердых поверхностей. Приводятся дымовые визуализации течения около цилиндра.
1. Ivanov O., Vedeneev V. Vortex-induced vibrations of an elastic cylinder near a finite-length plate // Journal of Fluids and Structures. 2021. Vol. 107. P. 103393.
2.Demchenko Y., Ivanov O., Vedeneev V. Experimental investigation of rotational vortex-induced vibrations of a circular cylinder attached to an elastic beam // Journal of Fluids and Structures. 2025. Vol. 133. P. 104266.
