مدل سازی عددی رفتار صفحه دارای درجه آزادی چرخشی و بررسی پدیده هیسترزیس آیرودینامیکی

در این مقاله به بررسی رفتار یک صفحه تخت، تحت جریان هوا و با درجه آزادی چرخشی پرداخته شده است. به دلیل اثر متقابل مابین جریان هوا و صفحه در حال دوران، ناپایایی جریان، همچنین الگوی پیچیده جریان گردابه ای، هیچ گونه روش تحلیلی مناسبی برای حل مسئله وجود ندارد. همچنین استفاده از روش های عددی - محاسباتی که مبتنی بر معادلات ناویر- استوکس و رینولدز است، نیز بسیار مشکل می باشد. بنابراین از روش گردابه گسسته بهینه شده برای محاسبه ضریب نیروی عمودی و گشتاور حاصل از نیروهای آیرودینامیکی استفاده گردیده است. مدل سازی در دو حالت دوران اجباری و دوران آزاد انجام شده است. ضریب نیروی عمودی و ضریب گشتاور، بر حسب زاویه جسم نسبت به جریان در حالت ایستایی و در دو حالت دوران اجباری و دوران آزاد (نوسان آزاد) محاسبه گردیده است. همچنین برای ارزیابی نتایج حاصل شده از مدل سازی عددی، آزمایش هایی بر روی صفحه مذکور در تونل باد صورت گرفته و رفتار صفحه به صورت تجربی مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که تحت دوران اجباری، به دلیل پدید آمدن تغییرات ساختاری در جریان گردابه ای (در مقایسه با حالت ایستایی) هیسترزیس دینامیکی برای نیروی عمودی و نیز برای گشتاور دورانی رخ می دهد. این هیسترزیس با افزایش عدد استروهال تقویت می شود. اگر صفحه ای با درجه آزادی چرخشی تحت جریان قرار گیرد، ممکن است وارد رژیم دوران آزاد گردد. این حالت در صورتی رخ می دهد که گشتاور لختی بی بعد در محدوده 5 - 43/1 بوده و نیز زاویه حمله به اندازه کافی کوچک باشد. در مقادیر دیگری از گشتاور لختی، صفحه وارد رژیم نوسان آزاد (یا میرا) می شود.