مدل‌سازي عددي رفتار صفحه داراي درجه آزادي چرخشي و بررسي پديده هيسترزيس آيروديناميكي

Numerical Modeling of the Plate Behavior with Rotational Degree of Freedom and the Study of the Aerodynamic Hysteresis Phenomenon

در اين مقاله به بررسي رفتار يك صفحه تخت، تحت جريان هوا و با درجه آزادي چرخشي پرداخته شده است. به‌دليل اثر متقابل مابين جريان هوا و صفحه در حال دوران، ناپايايي جريان، همچنين الگوي پيچيده جريان گردابه‌اي، هيچ‌گونه روش تحليلي مناسبي براي حل مسئله وجود ندارد. همچنين استفاده از روش‌هاي عددي - محاسباتي كه مبتني بر معادلات ناوير- استوكس و رينولدز است، نيز بسيار مشكل مي‌باشد. بنابراين از روش گردابه گسسته بهينه شده براي محاسبه ضريب نيروي عمودي و گشتاور حاصل از نيروهاي آيروديناميكي استفاده گرديده است. مدل‌سازي در دو حالت دوران اجباري و دوران آزاد انجام شده است. ضريب نيروي عمودي و ضريب گشتاور، بر حسب زاويه جسم نسبت به جريان در حالت ايستايي و در دو حالت دوران اجباري و دوران آزاد (نوسان آزاد) محاسبه گرديده است. همچنين براي ارزيابي نتايج حاصل‌شده از مدل‌سازي عددي، آزمايش‌هايي بر روي صفحه مذكور در تونل باد صورت گرفته و رفتار صفحه به‌صورت تجربي مورد تحقيق و بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه تحتِ دوران اجباري، به‌دليل پديد آمدن تغييراتِ ساختاري در جريان گردابه‌اي (در مقايسه با حالت ايستايي) هيسترزيس ديناميكي براي نيروي عمودي و نيز براي گشتاور دوراني رخ مي‌دهد. اين هيسترزيس با افزايش عدد استروهال تقويت مي‌شود. اگر صفحه‌اي با درجه آزادي چرخشي تحت جريان قرار گيرد، ممكن است وارد رژيم دوران آزاد گردد. اين حالت در صورتي رخ مي‌دهد كه گشتاور لختي بي‌بعد در محدوده 5 - 43/1 بوده و نيز زاويه حمله به اندازه كافي كوچك باشد. در مقادير ديگري از گشتاور لختي، صفحه وارد رژيم نوسان آزاد (يا ميرا) مي‌شود.