소용돌이에 의한 진동

원형 실린더 주위의 ^[1]유동에 의한 소용돌이에 의한 진동의 수치 시뮬레이션

유체 역학에서 볼텍스 유도 진동(VIV)은 외부 유체 흐름과 상호작용하는 신체에 유도되는 운동으로, 이 흐름에서 발생하는 또는 운동을 생성하는 운동이다.

대표적인 예가 수중 실린더의 VIV이다.어떻게 이런 일이 일어나는지 물 속에 실린더를 넣고(수영장이나 심지어 물통) 축에 수직인 방향으로 물 속을 움직이면 알 수 있다.실제 액체는 항상 어느 정도 점성을 나타내기 때문에 실린더 주위의 흐름이 표면과 접촉하는 동안 느려져서 이른바 경계층을 형성하게 된다.그러나 어느 순간 그 층은 과도한 곡률 때문에 신체로부터 분리될 수 있다.그런 다음 소용돌이가 형성되어 표면을 따라 압력 분포를 변화시킨다.소용돌이가 몸 주위에서 대칭적으로 형성되지 않을 때(그 중간 평면에 관해서), 몸의 양쪽에서 서로 다른 상승력이 발달하여 흐름으로 횡방향으로 이동하게 된다.이 동작은 제한된 운동 진폭으로 이끄는 방식으로 소용돌이 형성의 성격을 변화시킨다(명확하게는 공명의 일반적인 경우에서 예상할 수 있는 것과 다르다).그리고 나서 이 과정은 유속이 실질적으로 변할 때까지 반복된다.

VIV는 케이블에서 열교환기 튜브 어레이에 이르는 다양한 엔지니어링 분기에 나타난다.해양구조물 설계에서도 주요 고려사항이다.따라서 VIV에 대한 연구는 유체역학, 구조역학, 진동, 계산유체역학(CFD), 음향학, 통계학 및 스마트 소재를 포함하는 많은 분야의 일부분이다.

동기

그것들은 교량, 스택, 전송선, 항공기 제어 표면, 연안 구조물, 열전대, 엔진, 열교환기, 해상 케이블, 견인 케이블, 해양 케이블, 계류 케이블, 계류 케이블, 계류 구조물, 계류 구조물, 부력 및 스파링 선체, 파이프라인과 같은 많은 엔지니어링 상황에서 발생한다.,^[2] 케이블 연결, 재킷형 구조물의 부재 및 기타 유체역학 및 수음향 응용 프로그램.물 속 긴 원통형 부재에^[3] 대한 가장 최근의 관심은 1000m 이상의 깊이의 탄화수소 자원의 개발에서 비롯되었다.그리고^[4] 을 참조하십시오.^[5]

보텍스 유도 진동(VIV)은 강재 캐티얼 라이저(SCR)와 인장력 레그 플랫폼(TLP) 힘줄 또는 테더를 포함한 해상 석유 탐사 시추, 수출, 생산 라이저(Liser)의 피로 손상의 중요한 원인이다.이러한 가느다란 구조물은 전류 흐름과 최상단 혈관 움직임을 모두 경험하며, 이는 모두 흐름 구조의 상대적 움직임을 발생시키고 VIB를 유발한다.

유체 역학의 고전적인 개방 흐름 문제들 중 하나는 원형 실린더 주위의 흐름, 또는 더 일반적으로는 허세를 부리는 신체와 관련이 있다.매우 낮은 레이놀즈 수에서(원형의 구성원의 직경에 기초함) 결과 흐름의 흐름은 잠재 이론에서 예상한 대로 완전히 대칭이다.그러나 레이놀즈 수가 증가함에 따라 흐름이 비대칭적이 되어 이른바 카르만 보텍스 거리가 발생한다.따라서 소용돌이 드리핑으로 인해 발생하는 실린더의 움직임은 전력을 발생시키기 위해 이용될 수 있다.^[6]

스트라우할 수는 흐름의 속도와 신체의 특성 차원(원통형의 경우 직경)에 대한 드리핑 빈도와 관련이 있다. $St=f_{st}D/U$ $St=f_{st}D/U$ = $St=f_{st}D/U$ $St=f_{st}D/U$ t $St=f_{st}D/U$ $St=f_{st}D/U$ 로 정의되며 $St=f_{st}D/U$ , 체첸스크(Vincent) 스트루할(체코의 과학자)의 이름을 따서 명명된다.^[7]방정식에서 f는_st 정지 상태의 신체의 소용돌이 드리핑 주파수(또는 스트라우할 주파수)이고, D는 원형 실린더의 지름이며, U는 주변 흐름의 속도다.

잠금 범위

실린더의 스트라우할 수는 광범위한 유속도에 걸쳐 0.2이다.로크인 현상은 소용돌이 드리핑 주파수가 구조물의 자연적인 기본 진동수에 근접할 때 발생한다.이 경우 크고 손상된 진동이 발생할 수 있다.

예술현황

지난 10년 동안 비록 레이놀즈 수가 적은 정권이지만 VIV의 운동학(역학)에 대한 이해를 향해 수치적으로나 실험적으로나 많은 진전이 이루어졌다.이것의 근본적인 이유는 VIV가 평균적인 꾸준한 운동에 중첩된 작은 동요가 아니기 때문이다.그것은 본질적으로 비선형적이고 자율적이며 자율적인 다자유도 현상이다.두 개의 불안정한 전단 층과 대규모 구조물의 존재에 의해 나타나는 불안정한 흐름 특성을 나타낸다.

지배적인 반응 빈도, 정상화된 속도의 범위, 위상 각도의 변화(힘이 변위를 이끄는 것) 및 동기 범위 내 반응 진폭과 같은 많은 정보를 알고 이해하며, 지식의 경험적/설명적 영역에 남아 있는 것이 많다.매개 변수를 조절하고 영향을 미치는가?산업 애플리케이션은 유체 구조 상호작용의 동적 반응을 예측할 수 없음을 강조한다.이들은 리프트 계수(또는 횡력), 인라인 드래그 계수, 상관관계 길이, 댐핑 계수, 상대 거칠기, 전단, 파동 및 전류 등의 위상 및 위상 이탈 성분의 입력이 다른 지배 및 영향 매개변수들 사이에서 계속 요구되며, 따라서 상대적으로 래그의 입력이 필요하다.e 안전 요소기초적인 연구와 대규모 실험(이러한 결과가 공개 문헌에서 전파되는 경우)은 구조물의 반응과 지배 및 영향 매개변수 사이의 관계를 계량화하는 데 필요한 이해를 제공할 것이다.

실험실의 현재 상태가 대규모의 쌍곡선 스트루에 의해 지배되는 3차원 분리 흐름과 함께 자유도가 6개에서 종종 1개(즉 횡방향 운동)로 감소된 경직체(대부분 및 가장 중요한 원형 실린더의 경우)의 상호작용을 다룬다는 것은 충분히 강조할 수 없다.콕콕 찌르다

참고 항목

참조

^ Cfm:Placzek, A.; Sigrist, J.-F.; Hamdouni, A. (2009). "Numerical simulation of an oscillating cylinder in a cross-flow at low Reynolds number: Forced and free oscillations" (PDF). Computers & Fluids. 38 (1): 80–100. doi:10.1016/j.compfluid.2008.01.007.
^ 킹, 로저(BHRA Fluid Engineering), OTC 1948, 페이지 143-199, Ocean Technology Conference, 1974년 5월 8일, 휴스턴, 텍사스, 미국 https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-1948-MS
^ 밴디버, J. Kim, 롱 플렉시블 실린더의 드래그 계수, OTC 4490, 해양 기술 회의, 1983년 5월 2~5일, 휴스턴, 텍사스, 미국 https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-4490-MS
^ Verley, R.L.P. (BHRA), Every, M.J. (BHRA), OTC 2899, OTC 2899, Ocean Technology Conference, 1977년 5월 5일, 미국 휴스턴, 텍사스 주, https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-2899-MS
^ Jones, G, Lamb, W.S, Sworth Induced Induced Vibration in Marine Rishers, Sheared and Critical Flows, Seather Technology, Ocean Science and Ocean Engineering, Vol. 299-238, Pp. 209-238, Springer Science + Business Media, Dord 1993.
^ Soti A. K, Thompson M, Sheridan J, Bhardwaj R, 원형 실린더의 소용돌이 유도 진동으로부터의 전력 사용, Journal of Fluids and Structures, Vol. 70, Page 360–373, 2017, DOI: 10.1016/j.j fluidstructs.2017.02.009.
^ 스트루할, V. (1878) "Uber eine besondre Art der Tonerregung"(이상한 종류의 음의 흥분으로), Annalen der Phyk und Chemie, 3번째 시리즈, 5번째 시리즈: 216–251.

추가 읽기

Bearman, P. W. (1984). "Vortex shedding from oscillating bluff bodies". Annual Review of Fluid Mechanics. 16: 195–222. Bibcode:1984AnRFM..16..195B. doi:10.1146/annurev.fl.16.010184.001211.
Williamson, C. H. K.; Govardhan, R. (2004). "Vortex-induced vibrations". Annual Review of Fluid Mechanics. 36: 413–455. Bibcode:2004AnRFM..36..413W. doi:10.1146/annurev.fluid.36.050802.122128.
Sarpkaya, T. (1979). "Vortex-induced oscillations: A selective review". Journal of Applied Mechanics. 46 (2): 241–258. Bibcode:1979JAM....46..241S. doi:10.1115/1.3424537.
Sarpkaya, T. (2004). "A critical review of the intrinsic nature of vortex-induced vibrations". Journal of Fluids and Structures. 19 (4): 389–447. Bibcode:2004JFS....19..389S. doi:10.1016/j.jfluidstructs.2004.02.005. hdl:10945/15340.
Sarpkaya, T.; Isaacson, M. (1981). Mechanics of wave forces on offshore structures. Van Nostrand Reinhold. ISBN 978-0-442-25402-5.
Sumer, B. Mutlu; Fredsøe, Jørgen (2006). Hydrodynamics around cylindrical structures. Advanced series on ocean engineering. Vol. 26 (revised ed.). World Scientific. ISBN 978-981-270-039-1.
Naudascher, 에드워드, 록웰, 도널드(2005년)[1994년].Flow-induced 진동: 엔지니어링 가이드.국제 협회 유압식 연구(IAHR).Vol7(첫번째 교육의 수정된 재발매.).미니올러:미국 NewYork주 동남부, 뉴욕, 미국(A.A.Balkema Publishers, 로테르담, 네덜란드):.도버 출판사.아이 에스비엔 978-0-486-44282-2.(NB다. 항공사 변경 부록에 추가적인 잘못 된 부분 목록이 들어 있습니다.).
Hong, K.-S.; Shah, U. H. (2018). "Vortex-induced vibrations and control of marine risers: A review". Ocean Engineering. 152: 300–315. doi:10.1016/j.oceaneng.2018.01.086.

외부 링크

[1] Cfm:Placzek, A.; Sigrist, J.-F.; Hamdouni, A. (2009). "Numerical simulation of an oscillating cylinder in a cross-flow at low Reynolds number: Forced and free oscillations" (PDF). Computers & Fluids. 38 (1): 80–100. doi:10.1016/j.compfluid.2008.01.007.

[2] 킹, 로저(BHRA Fluid Engineering), OTC 1948, 페이지 143-199, Ocean Technology Conference, 1974년 5월 8일, 휴스턴, 텍사스, 미국 https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-1948-MS

[3] 밴디버, J. Kim, 롱 플렉시블 실린더의 드래그 계수, OTC 4490, 해양 기술 회의, 1983년 5월 2~5일, 휴스턴, 텍사스, 미국 https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-4490-MS

[4] Verley, R.L.P. (BHRA), Every, M.J. (BHRA), OTC 2899, OTC 2899, Ocean Technology Conference, 1977년 5월 5일, 미국 휴스턴, 텍사스 주, https://www.onepetro.org/conference-paper/OTC-2899-MS

[5] Jones, G, Lamb, W.S, Sworth Induced Induced Vibration in Marine Rishers, Sheared and Critical Flows, Seather Technology, Ocean Science and Ocean Engineering, Vol. 299-238, Pp. 209-238, Springer Science + Business Media, Dord 1993.

[6] Soti A. K, Thompson M, Sheridan J, Bhardwaj R, 원형 실린더의 소용돌이 유도 진동으로부터의 전력 사용, Journal of Fluids and Structures, Vol. 70, Page 360–373, 2017, DOI: 10.1016/j.j fluidstructs.2017.02.009.

[7] 스트루할, V. (1878) "Uber eine besondre Art der Tonerregung"(이상한 종류의 음의 흥분으로), Annalen der Phyk und Chemie, 3번째 시리즈, 5번째 시리즈: 216–251.

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