複数円柱状構造物の流体・構造体連成振動現象の発現機構の解明とその制御

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650153
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 坂本 弘志 北見工業大学, 工学部, 教授 (70003176)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高井 和紀 北見工業大学, 工学部, 教務職員 (50271755)
• Keywords: 複数円柱 / 連成振動現象 / 空力特性値 / 渦放出 / パッシブ制御 / トリッピングロッド / 直列配列 / 並列配列

Research Abstract

本研究は「流体関連振動」の分野で現在最も未解決で、かつ重要な研究課題として位置付けられている複数円柱状構造体の流力振動現象の発現機構の解明を行い、あわせて複数円柱状構造体の流力振動を防止するための制御手法の確立を図るものである。本研究では、まず複数円柱の代表配列である直列2円柱および並列2円柱の各種空力特性値、後流渦特性並びにフローパターンの観測を行い、2円柱の流力振動を励起する各種特性量を評価した。つぎに流力振動を発現させる各種流体力の制御を試み、最適と考えられる制御手法の確立を図った。本研究で得られた知見を要約すると以下のようになる。
(1)2円柱を種々に配列して、それぞれに作用する定常並びに非定常空気力及び後流渦特性を調べ、とくに流力振動を発現させる非定常流体力と2円柱の配列形態との関係を明らかにした。
(2)直列配列された2円柱の上流側に円柱径の1/10の大きさを有する垂直平板を設置し、2円柱への近寄り流れをパッシブ制御した結果、流力振動の発現要因である非定常流体力並びに後流渦の発生は大幅に抑制される。
(3)並列配列された2円柱表面に円柱直径の1/10程度のトリッピングロッドを設置して、流れの制御を行った結果、流力振動の発現要因である非定常流体力並びに後流渦の発生は完全に抑制される。
(4)今回の研究では実施しなかった2円柱に発現する流力振動の制御に関しても、本研究で得られた制御手法を適用することによって、その発現を十分に抑制できるものと考えられ、今後の研究の見通しを立てることができた。
(5)複数円柱の流体・構造体連成振動を解析する上で必要な各種流体力の特性を求めることができ、数値解析による流力振動の評価に対しての貴重なデータの蓄積を図ることができた。

Research Products

• [Publications] 坂本弘志, ほか3名: "Fluctuating Fluid Forces of Two Circular Cylinders in Tandem Arrangement at Close Spacing"日本機械学会北海道支部講演会. No.306. 108-109 (2000)
• [Publications] 坂本弘志, ほか3名: "Fluctuating Fluid Forces Actingon Two Circular Cylinders in a Tandem Arrangement at a Sabcritical Reynolds Number"Proceedings of the 4th Asia-Pacific conference on Wind Engineering. JWE-No.89. 697-700 (2001)
• [Publications] 坂本弘志, ほか3名: "Suppression of Fluid Forces Acting on Two Circular Cylinders in Tandem Arrangement by Passive Control"Proceedings of the 5th International conference on Hydrodynamics. (発表予定). (2002)
• [Publications] 坂本弘志, ほか3名: "直列配列された近接2円柱の変動流体力特性"日本機械学会論文集B編. (掲載予定). (2002)