شبيه سازي مشترك براي كنترل فعال ارتعاشات حاصل از جريان يك استوانه دايره اي

A Collaborative Simulation for Active Flow-Induced Vibration Control of a Circular Cylinder

در اين مقاله، شبيه سازي مشترك و همزمان بين نرم افزارهاي متلب و فلوينت به منظور كنترل فعال استوانه دايره اي دو درجه آزادي با تكيه-گاه هاي الاستيك كه آزادانه در جهات طولي و عرضي حركت مي كند، انجام شده است. هدف، كنترل كاهش ارتعاشات حاصل از گردابه هاي استوانه است. فركانس طبيعي سيستم نوساني بصورتي تنظيم شده است كه با فركانس دنباله گردابه هاي استوانه ثابت مطابقت داشته باشد. شبيه سازي مشترك به وسيله ي ارتباط همزمان كنترل‌كننده تناسبي-انتگرال گير-مشتق گير كه در متلب/سيمولينك ايجاد شده به مدل سيستم تحت كنترل كه در فلوينت ساخته شده با هدف محاسبه نيروي كنترلي مورد نياز براي كاهش كامل ارتعاشات عرضي استوانه انجام شده است. نتايج شبيه سازي، نشان‌دهنده كارايي بسيار بالاي الگوريتم كنترلي در كاهش ارتعاشات حاصل از گردابه هاي استوانه است. پس از اينكه كنترل‌كننده شروع به فعاليت مي كند، ارتعاشات عرضي و طولي استوانه و همچنين مقادير ضرايب ليفت و دراگ بطور قابل توجهي كاهش پيدا كرده اند. همچنين دنباله گردابه هاي پشت استوانه كه در حالت كنترل نشده در ناحيه دوردست به هم چسبيده مي باشند با روشن شدن كنترل‌كننده از يكديگر جدا شده و به دنباله اي با گردابه هاي ضعيف تر تغيير مي كنند.

In this work, a collaborative simulation is purformed between the Matlab/Simulink and Fluent softwares to actively control an elastically mounted circular cylinder, free to move in in-line and cross-flow directions. The control goal is reduction of the 2D vortex-induced vibrations (VIVs) of cylinder. The natural oscillator frequency is complemented using the vortex shedding frequency of a stationary cylinder. A parallel simulation scheme is realized by linking the PID controller employed in Matlab/Simulink to the plant model constructed in Fluent, aiming at calculation of the control force necessary for total annihilation of the transverse cylinder vibrations. The simulation results reveal the high performance and effectiveness of the adopted control algorithm in diminishing VIVs of the elastic cylinder. Once the control algorithm is turned on, there is an extreme reduction in the transverse and in-line cylinder oscillation amplitudes as well as the lift and drag coefficient values. In particular, it is observed that the coalesced vortices in the far wake region of the uncontrolled cylinder are separated, displaying wake vortices of weaker strengths.