Диссертация

В диссертации представлены результаты экспериментального исследования колебаний, вызванных сходом вихрей (Vortex‑Induced Vibrations, VIV) цилиндра, закреплённого на консольной балке, играющей роль упругого основания. В ходе работы открыт новый тип крутильных VIV: определён диапазон безразмерных скоростей потока, при которых возникают развитые автоколебания, а также измерены их амплитуды. Установлено, что в режиме крутильных VIV вихревые дорожки Кармана, формируемые в разных сечениях цилиндра с различной амплитудой колебаний, синхронизируются в единую трёхмерную структуру. При этом дорожки, генерируемые верхней и нижней частями цилиндра, сходят — в противофазе. Кроме того, доказано наличие режима захвата частоты для исследованного типа крутильных колебаний. Проанализировано влияние концевых условий и типа резонансных колебаний на характер схода вихрей по размаху цилиндра. Выявлено, что для конфигураций «Свободный торец» и «Полусфера» наблюдается неравномерность распределения фазы схода вихрей. Показано, что аэродинамические шайбы умеренно сглаживают распределение фазы при классических поперечных колебаниях; резко усиливают своё влияние при крутильных колебаниях, обеспечивая практически синхронный сход вихрей вдоль верхней и нижней половин цилиндра. Обнаружено, что фаза схода вихрей скачкообразно меняется вблизи закрепления балки, выполняющей роль разделительной пластины и препятствующей образованию вихрей в сечениях у оси вращения цилиндра. Исследовано влияние относительной длины цилиндра (L/D) на крутильные автоколебания. Ключевым результатом стало первое экспериментальное обнаружение режима незатухающего смешанного типа VIV, при котором резонанс возникает вследствие одновременного возбуждения поперечных и крутильных VIV. Полученные данные расширяют понимание механизмов вихреобразования и синхронизации вихревых структур при колебаниях цилиндрических тел в потоке и могут быть использованы для разработки новых экологически чистых источников энергии, актуальных для труднодоступных регионов, условий пустынь и Арктики.