طراحی و ساخت دستگاهِ بررسی کننده رفتار اجسام با یک درجه آزادی در تونل باد

برخی از اجسام با درجه آزادی چرخشی، هنگامی که در معرض جریان هوا قرار می گیرند با توجه به شکل هندسی خاص و بدلیل توزیع جریان حول آن، شروع به دوران و یا نوسان می نمایند. در این حالت جریان پیچیده¬ای حاصل می گردد که تحلیل آن از لحاظ آیرودینامیکی بسیار مشکل است. در این مقاله رفتار یک صفحۀ تخت تحت جریان هوا و با یک درجه آزادی چرخشی حول محور عرضی خود مورد بررسی قرار گرفته است. بدلیل اثر متقابل مابین جریان هوا و صفحه در حال دوران، ناپایایی جریان و همچنین الگوی پیچیده جریان گردابه¬ای هیچگونه روش تحلیلی مناسبی جهت حل مسئله وجود ندارد. همچنين استفاده از روشهای عددی-محاسباتی که مبتنی بر معادلات ناوير_استوکس و رينولدز است نیز بسیار مشکل می باشد. بنابراین بر اساس روش گردابه گسسته، جریان دو بعدی غیردائم بر روی صفحه مدلسازی عددی شده¬است. مدلسازی در حالت دوران آزاد صورت گرفته و پدیده هیسترزیس آیرودینامیکی مورد توجه واقع شده است. ضریب نیروی عمودی و ضریب گشتاور جسم بر حسب زاویه جسم نسبت به جریان (درحالت استاتیکی) و در حالت دوران آزاد (نوسان آزاد) محاسبه گردیده است. همچنین جهت ارزیابی نتایج حاصله از مدلسازی عددی آزمایشاتی بر روی صفحه مذکور در تونل باد انجام شده و رفتار صفحه بصورت تجربی نیز مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد اگر صفحه¬ای با درجه آزادی چرخشی تحت جریان هوا قرار بگیرد ممکن است وارد رژیم دوران آزاد گردد. این حالت در صورتی رخ می دهد که ممان اینرسی بی بعد در محدودة 5-43/1 بوده و نیز زاویه حمله به اندازه کافی کوچک باشد. در مقادیر دیگری از ممان اینرسی، صفحه وارد رژیم نوسان آزاد (میرا) می¬شود. عدد استروهال وقوع رژیم دورانی محاسبه گردیده و نتایج نشان می¬دهد که وقوع آن در محدوده معینی از عدد استروهال اتفاق می افتد.

روش گردابه گسسته، رژیم نوسان و دوران آزاد، هیسترزیس دینامیکی، عدد استروهال