タワー構造物に発生する特異な空力振動の励振源の可視化

塔结构中发生的独特空气动力学振动的激励源的可视化

• 批准号: 11750430
• 负责人: 北川 徹哉
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Nihon University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750430/
• 关键词: エンドセル励振; 自由端渦; 可視化実験; 渦励振; 塔状円柱構造物; 3次元流れ; Trailing Vortex

流れの中におかれた非流線形物体においてはカルマン渦が発生し,これが渦励振とよばれる空力振動を励起することが知られている.しかし,タワー状の円柱構造物においては渦励振の発振風速よりも数倍高い風速域においても渦励振と類似の振動現象が発現する.この原因は構造物先端から発生する自由端渦であることが既に示されているが,自由端渦の構造は未解明であった.そこで本研究は自由端渦の空間的構造を明らかにすることを目的として,レーザースリットと水素気泡法を用いた可視化実験を行った.可視化映像をビデオに記録し,自由端渦の3次元構造,および発生周期を分析した.その結果,円柱先端において流れ方向とやや傾斜した軸を有する渦が形成され,しばらく円柱背後に停留した後,後方へ放出される様子が観察された.これが自由端渦であると思われる.従来,円柱先端近傍にはTrailing Vortexとよばれる縦渦が定常的に形成されることが知られている.本研究で観察された自由端渦の構造は,このTrailing Vortexと非常に良く似ていたため,自由端渦はTrailing Vortexがちぎれて後方へ放出されたものであると考察された.

众所周知，卡尔曼涡流发生在流动中的非流线性对象中，激发了称为涡流激发的空气动力学振动。然而，在塔式圆柱结构中，即使在风速中，振动现象也比涡流激发的振荡速度高出几倍。已经证明，这是从结构尖端产生的自由涡流的原因，但是尚未阐明自由端涡流的结构。因此，这项研究解释了自由涡流的空间方面。为了阐明结构，我们使用激光缝和氢气气泡方法进行了可视化实验。可视化图像记录在视频中，以分析自由涡流的三维结构和发电期。结果，在圆柱体的尖端形成了具有流动方向和稍微倾斜的轴的涡旋，在圆柱后停止了一段时间后，它向后释放。据信这是自由涡流。通常，圆柱的尖端在圆柱体的尖端附近延伸。众所周知，垂直涡流（称为涡流）不断形成。在这项研究中观察到的自由涡流的结构与此尾随涡流非常相似，并且认为自由端涡流被撕裂并向后释放。

项目成果

T.KITAGAWA: "Effects of Free-End Condition on End-Cell-Induced Vibration"Journal of Fluids and Structures. 13. 499-518 (1999)

T.KITAGAWA：“自由端条件对末端单元引起的振动的影响”流体与结构杂志。

北川徹哉: "風圧測定に基づく塔状円柱構造物のエンドセル励振の発生機構"土木学会論文集 I. (2000年4月号に掲載決定済み).

北川哲也：“基于风压测量的塔状圆柱结构端部单元激励的生成机制”，日本土木工程学会论文集 I.（预定于 2000 年 4 月号出版）。

北川徹哉: "風圧測定に基づく塔状円柱構造物のエンドセル励振の発生機構"土木学会論文集. 647/I-51. 191-204 (2000)

Tetsuya Kitakawa：“基于风压测量的塔状圆柱形结构的端部激励的生成机制”，日本土木工程师学会汇刊 647/I-51 (2000)。

T.KITAGAWA: "Wind Pressures Measurement on End-Cell-Induced Vibration of a Cantilevered Circular Cylinder"Abstracts of 4^<th> International Colloquium on BBAA. (掲載決定済み).

T.KITAGAWA：“悬臂圆柱体端部诱导振动的风压测量”第 4 届 BBAA 国际学术讨论会摘要（已接受出版）。

T.Kitagawa: "Wind Pressures Measurement on End-Cell-Induced Vibration of a Cantilevered Circular Cylinder"Abstracts of Fourth International Colloquium on BBAA. 145-148 (2000)

T.Kitakawa：“悬臂圆柱体端部诱导振动的风压测量”第四届 BBAA 国际学术讨论会摘要。