研究課題
基盤研究(C)
断面の辺長比が4対1の長方形角柱を、長辺を流れに平行に置いたとき、ある特定の風速域で振動を発生する。この振動は前縁剥離渦励振として知られ、角柱の振動に伴い発生する剥離渦の作用によるものである。この研究では、角柱の上流側の角部に、3枚のブレードで構成されたローターを取り付けた。まず、ローターの最適取り付け位置のほかローターの上流側に気流調整板を取り付けることにより回転数がさらに増加することを調べた。ローターを取り付けた角柱のばね支持応答実験により、ローターの制振効果を確かめた。そしてローターの回転を強制的にコントロールして、制振効果を発揮するためにはある程度の回転速度が必要であることを確かめた。振動中の角柱の表面の非定常圧力の測定を実施した。ローターのついた角柱の表面圧力の振幅はローターの無いときあるいはローターの回転を止めたときのそれに比べかなり小さいものとなり、十分な励振力を発揮できなくなった。こうして前縁剥離渦励振が抑止されるものと推定された。スモークワイヤー法により気流の可視化実験を行った。振動中の角柱側面の流脈の観察を行った結果、ローターを固定した角柱の側面には角柱の振動に伴い前縁剥離渦の形成が認められた。渦励振の発生要因となる渦で非定常圧力の変動の原因となるものである。一方、ローターが回転するとき、前縁からの剥離気流は前縁剥離渦を形成せず、剥離流れは側面にほぼ付着したものとなった。このことが非定常圧力の変動をほとんど発生させなくする要因であると考えられた。以上のことからローターによる渦励振の抑制のメカニズムは次のようなものであると推察された。ローターの回転により、剥離流れに側面の向きの運動量が与えられ、剥離流れの側面への付着が促進され、渦励振の発生要因となる前縁剥離渦の形成を妨げることとなり渦励振の発生が抑制される。
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