О КОЛЕБАНИЯХ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С НЕСКОЛЬКИМИ ПОДВИЖНЫМИ МАССАМИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ЭФФЕКТ ГАЛОПИРОВАНИЯ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается цепочка из нескольких тел, которые могут перемещаться поступательно вдоль некоторой горизонтальной прямой. Соседние тела связаны друг с другом пружинами. Один конец цепочки закреплен, а на другом находится тело, представляющее собой прямоугольный параллелепипед квадратного сечения. Система помещена в горизонтальный стационарный поток среды, перпендикулярный указанной прямой. В предположении, что поток воздействует только на параллелепипед, исследуется динамика этой системы как потенциального рабочего элемента ветроэнергетической установки колебательного типа, использующей эффект галопирования. Для разного количества тел в цепочке, различных значениях скорости потока и внешней нагрузки изучаются периодические режимы в системе. Показано, в частности, что увеличение числа тел в цепочке позволяет увеличить максимальную мощность, которая может быть получена с помощью устройства, и уменьшить критическую скорость, при которой возникают колебания. Предложена схема регулирования нагрузочного сопротивления, направленная на обеспечение перехода на колебательный режим с максимальной мощностью.

Об авторах

Б. Я. Локшин

НИИ механики МГУ

Email: seliutski@imec.msu.ru
Россия, Москва

Ю. Д. Селюцкий

НИИ механики МГУ

Автор, ответственный за переписку.
Email: seliutski@imec.msu.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Den Hartog J.P. Transmission Line Vibration Due to Sleet // Trans. AIEE. 1932. V. 51. P. 1074–1086.
  2. Parkinson G.V., Brooks N.P.H. On the Aeroelastic Instability of Bluff Cylinders // ASME. J. Appl. Mech. 1961. V. 28. № 2. P. 252–258.https://doi.org/10.1115/1.3641663
  3. Parkinson G.V., Smith J.D. The Square Prism as an Aeroelastic Non-Linear Oscillator // The Quarterly J. Mechanics and Applied Mathematics. 1964. V. 17. № 2. P. 225–239. https://doi.org/10.1093/qjmam/17.2.225
  4. Luo S.C., Chew Y.T., Ng Y.T. Hysteresis Phenomenon in the Galloping Oscillation of a Square Cylinder // J. Fluids & Struct. 2003. V. 18. № 1. P. 103–118. https://doi.org/10.1016/S0889-9746(03)00084-7
  5. Barrero-Gil A., Sanz-Andrés A., Alonso G. Hysteresis in Transverse Galloping: The Role of the Inflection Points // J. Fluids & Struct. 2009. V. 25. № 6. P. 1007–1020. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2009.04.008
  6. Люсин В.Д., Рябинин А.Н. О галопировании призм в потоке газа или жидкости // Тр. ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. 2010. Вып. 53 (337). С. 79–84.
  7. Bearman P.W., Gartshore I.S., Maull D.J., Parkinson G.V. Experiments on Flow-Induced Vibration of a Square-Section Cylinder // J. Fluids & Struct. 1987. V. 1. № 1. P. 19–34. https://doi.org/10.1016/s0889-9746(87)90158-7
  8. Sarioglu M., Akansu Y.E., Yavuz T. Flow Around a Rotatable Square Cylinder-Plate Body // AIAA Journal. 2006. V. 44. № 5. P. 1065–1072. https://doi.org/10.2514/1.18069
  9. Gao G.-Z., Zhu L.-D. Nonlinear Mathematical Model of Unsteady Galloping Force on a Rectangular 2: 1 Cylinder // J. Fluids & Struct. 2017. V. 70. P. 47–71. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2017.01.013
  10. Abdel-Rohman M. Design of Tuned Mass Dampers for Suppression of Galloping in Tall Prismatic Structures // J. Sound & Vibr. 1994. V. 171. № 3. P. 289–299. https://doi.org/10.1006/jsvi.1994.1121
  11. Gattulli V., Di Fabio F., Luongo A. Simple and Double Hopf Bifurcations in Aeroelastic Oscillators with Tuned Mass Dampers // J. Franklin Institute. 2001. V. 338. P. 187–201. https://doi.org/10.1016/S0016-0032(00)00077-6
  12. Selwanis M.M., Franzini G.R., Beguin C., Gosselin F.P. Wind Tunnel Demonstration of Galloping Mitigation with a Purely Nonlinear Energy Sink // J. Fluids & Struct. 2021. V. 100. P. 103169. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2020.103169
  13. Barrero-Gil A., Alonso G., Sanz-Andres A. Energy Harvesting from Transverse Galloping // J. Sound & Vibr. 2010. V. 329. P. 2873–2883. https://doi.org/10.1016/J.JSV.2010.01.028
  14. Dai H.L., Abdelkefi A., Javed U., Wang L. Modeling and Performance of Electromagnetic Energy Harvesting from Galloping Oscillations // Smart Mater. & Struct. 2015. V. 24. № 4. P. 045012. https://doi.org/10.1088/0964-1726/24/4/045012
  15. Hemon P., Amandolese X., Andrianne T. Energy Harvesting from Galloping of Prisms: A Wind Tunnel Experiment // J. Fluids & Struct. 2017. V. 70. P. 390–402. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2017.02.006
  16. Javed U., Abdelkefi A., Akhtar I. An Improved Stability Characterization for Aeroelastic Energy Harvesting Applications // Comm. in Nonlin. Sci. & Num. Simul. 2016. V. 36. P. 252–265. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2015.12.001
  17. Tan T., Yan Z. Analytical Solution and Optimal Design for Galloping-Based Piezoelectric Energy Harvesters // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 109. P. 253902. https://doi.org/10.1063/1.4972556
  18. Wang K.F., Wang B.L., Gao Y., Zhou J.Y. Nonlinear Analysis of Piezoelectric Wind Energy Harvesters with Different Geometrical Shapes // Arch. Appl. Mech. 2020. V. 90. P. 721–736. https://doi.org/10.1007/s00419-019-01636-8
  19. Zhao D., Hu X., Tan T., Yan Zh., Zhang W. Piezoelectric Galloping Energy Harvesting Enhanced by Topological Equivalent Aerodynamic Design // Energy Conv. & Manag. 2020. V. 222. P. 113260. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113260
  20. Zhang M., Abdelkefi A., Yu H., Ying X., Gaidai O., Wang J. Predefined Angle of Attack and Corner Shape Effects on the Effectiveness of Square-Shaped Galloping Energy Harvesters // Applied Energy. 2021. V. 302. P. 117522. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117522
  21. Vicente-Ludlam D., Barrero-Gil A., Velazquez A. Enhanced Mechanical Energy Extraction from Transverse Galloping Using a Dual Mass System // J. Sound & Vibr. 2015. V. 339. P. 290–303. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2014.11.034
  22. Karlicic D., Cajic M., Adhikari S. Dual-Mass Electromagnetic Energy Harvesting from Galloping Oscillations and Base Excitation // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Pt. C: J. Mech. Eng. Sci. 2021. V. 235. № 20. P. 4768–4783. https://doi.org/10.1177/0954406220948910
  23. Селюцкий Ю.Д. Динамика ветроэнергетической установки с двумя подвижными массами, использующей эффект галопирования // Изв. РАН. МТТ. 2023. № 2. С. 55–69. https://doi.org/10.31857/S0572329922100117
  24. Dosaev M. Interaction Between Internal and External Friction in Rotation of Vane with Viscous Filling // Appl. Math. Mod. 2019. V. 68. P. 21–28. https://doi.org/10.1016/j.apm.2018.11.002
  25. Wang Q., Goosen J., Van Keulen F. A Predictive Quasi-Steady Model of Aerodynamic Loads on Flapping Wings // J. Fluid Mech. 2016. V. 800. P. 688–719. https://doi.org/10.1017/jfm.2016.413
  26. Abohamer M.K., Awrejcewicz J., Starosta R., Amer T.S., Bek M.A. Influence of the Motion of a Spring Pendulum on Energy-Harvesting Devices // Appl. Sci. 2021. V. 11. P. 8658. https://doi.org/10.3390/app11188658
  27. Климина Л.А. Метод формирования авторотаций в управляемой механической системе с двумя степенями свободы // Изв. РАН. ТиСУ. 2020. № 6. С. 3–14.

Дополнительные файлы


© Б.Я. Локшин, Ю.Д. Селюцкий, 2023