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Modes of vortex shedding from a rotary oscillating plate

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Acta Mechanica Sinica 2022年第5期38卷 42-60,I0002页

作者： Liangliang Yan Jiawei Pan chuanping shao Institute of Flow Measurement and Simulation China Jiliang UniversityHangzhou 310018China

The wake of a two-dimensional rotary oscillating plate of chord to thickness ratio B/H=3.0 was investigated by smoke wire visualization and hot-wire measurement in a wind tunnel at Re=1500 and oscillation amplitudes and reduced frequencies in the ranges ofα=2.5°-50°and f_(e)H/V_(∞)=0.02-0.25,respectively,where fe is oscillation frequency,V_(∞) is on-coming wind *** are six modes of synchronized vortex shedding observed,including three new modes,i.e.,3P—three vortex pairs shed in one period,2S_(2)—two pairs of vortex twins shed in one period,and T—three vortices shed in one period of plate *** zone of every mode was found out and drawn on the amplitude-reduced frequency *** simulation was carried out,and the simulated vorticity field,velocity profiles,and wake width were verified by experiment at typical oscillation *** higher oscillation frequencies,the linear local unsteady term of inertial force dominates,and the simulated moment is an accurate linear function of rotary displacement and angular *** lower frequencies,where 2T,3P,and 2S_(2) modes of vortex shedding occur,however,the nonlinear convective term of inertial force dominates,and the simulated fluctuating moment deviates from Scanlan’s *** results of numerical data show that the root-mean-square(r.m.s)value of fluctuating moment is an exponential function of single parameter η=αf_(e)H/V_(∞).

关键词： Rotary oscillation Vortex shedding Mode Lift Moment

The steady and vibrating statuses of tulip tree leaves in wind

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Theoretical & Applied Mechanics Letters 2017年第1期7卷 30-34页

作者： Yuanyuan Zhu chuanping shao Institute of Fluid Measurement and Simulation China Jiliang University Hangzhou 310018 China

The study of tree leaf aerodynamics is useful to tree protection, solar panel design and development of new power generation technology. 73 tulip leaves were tested in suspended condition and with front as well as back surface of the lamina facing wind. Three types of vibrating statuses, two types of steady statuses, and five critical wind speeds were observed. The existence probabilities of the statuses and criticals, the probability density distribution of every critical over the range of wind speed 0-27 m/s, and the expected values of the criticals were obtained by statistics. The critical Reynolds number, defined by critical wind speed and lamina length, shows an increasing trend with increasing the lamina area or length to width ratio of the lamina, but it shows no trend of increase or decrease with increasing the length ratio of petiole to lamina.

关键词： Tree leaves Reconfiguration Vibration Critical wind speed

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钝体尾流控制机理及方法研究进展

力学进展 2008年第3期38卷 314-328页

作者：邵传平中国科学院力学研究所

首先从涡脱落生成理论出发对钝体尾流控制方法进行了分类,并简单介绍了国内尾流控制研究情况.之后介绍了我们用窄条或小方柱取代小网柱后,对Strykowsky和Sreenivasan控制方法的改进及其在高雷诺数下对网柱和方柱尾流涡脱落的有效抑制情... 详细信息

首先从涡脱落生成理论出发对钝体尾流控制方法进行了分类,并简单介绍了国内尾流控制研究情况.之后介绍了我们用窄条或小方柱取代小网柱后,对Strykowsky和Sreenivasan控制方法的改进及其在高雷诺数下对网柱和方柱尾流涡脱落的有效抑制情况,并探讨了控制件钝度对抑制效果的影响.第3部分用实验数据对各个涡脱落生成模型做了分析与检验,指出控制件方法的机理与改变钝体分离位置、减小钝体背压吸力、改变流动的展向相关性、防止钝体两侧剪切层相互作用等无关,而与钝体近尾流速度剖面的局部修正及其稳定性的改变有关.最后简单介绍了控制件方法今后研究工作展望及其工程应用前景.

关键词：控制钝体尾流旋涡脱落高雷诺数

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紫藤萝复叶气动特性的风洞实验研究

力学学报 2019年第1期51卷 245-262页

作者：俞科杰邵传平中国计量大学流体检测与仿真研究所杭州310018

树叶的形状重构和减阻能力在太阳能帆板、机翼结构、仿生天线设计和新型发电技术等方面具有应用价值.紫藤萝羽状复叶垂直悬挂于风洞中,在风速0～25 m/s范围内进行正面和反面迎风测试.发现存在前期稳定、中间过渡和后期稳定3个阶段以及5... 详细信息

树叶的形状重构和减阻能力在太阳能帆板、机翼结构、仿生天线设计和新型发电技术等方面具有应用价值.紫藤萝羽状复叶垂直悬挂于风洞中,在风速0～25 m/s范围内进行正面和反面迎风测试.发现存在前期稳定、中间过渡和后期稳定3个阶段以及5个临界风速.在前期阶段叶轴随风速弯曲变化剧烈,出现小叶分层飞翼和分层多形状稳定.过渡阶段出现叶轴大幅低频振动和部分小叶小幅高频振动两种不稳定形式.后期出现两层或单一整体稳定,横截面形状分为锥形、楔形和U形.随着风速增大,复叶宽度减小,小叶层数逐步减少,直至出现流线形单一整体.随着雷诺数增大,复叶阻力系数先是快速下降,后又缓慢地趋于常数.复叶Vogel负指数绝对值|α|随小叶数目的增大而增大.反面迎风时|α|比正面迎风时大,但随着小叶数目增加两者趋于一致.当复叶旋涡脱落频率与叶轴固有频率接近时,叶轴出现大幅振动.理论分析得到叶轴振动的第二临界风速V_2/(E/ρ)^(1/2)是b/l和d/l的函数,其中E,ρ, d和l分别为叶轴弹性模量、密度、直径和长度,b为变形后的复叶宽度,并由实验数据得到了其变化图.

关键词：树叶,形状重构振动临界风速阻力 Vogel指数

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鹅掌楸树叶在风中的变形与振动

力学学报 2017年第2期49卷 431-440页

作者：邵传平朱园园中国计量大学流体检测与仿真研究所杭州310018

树叶的空气动力与流固耦合特性研究在树木保护、新发电技术开发、太阳能帆板设计等方面具有重要意义.Vogel首次发现树叶在较高风速下具有形状重构以避免受损害的能力.Vogel实验时叶柄端部是简支的,与叶柄与树枝的自然连接方式不同.在本... 详细信息

树叶的空气动力与流固耦合特性研究在树木保护、新发电技术开发、太阳能帆板设计等方面具有重要意义.Vogel首次发现树叶在较高风速下具有形状重构以避免受损害的能力.Vogel实验时叶柄端部是简支的,与叶柄与树枝的自然连接方式不同.在本文的研究中,叶柄端部是固支的,叶片垂直悬挂,正面或反面迎风.在风速0～27 m/s范围内,存在两种叶片静止状态,即飞翼形稳定和锥形稳定;还有3种叶片振动状态,即低频摆动、第1和第2高频振动.这5种状态由5个临界风速决定.通过70余片树叶测试结果的统计,得到了树叶每个状态存在的概率,及每个临界风速的期望值.流动显示发现树叶变形后其尾流中存在旋涡脱落现象.天平测量发现叶片阻力系数随叶片雷诺数的增大而减小并逐渐接近于0.1.引入悬臂梁模型,采用测量的叶片气动力,对叶柄静态弯曲形状进行计算,结果表明当风速由0逐渐增至5 m/s时,叶柄向下游弯曲迅速;但风速由5 m/s进一步增大时,向下游的弯曲则变慢.

关键词：树叶形状重构振动临界风速

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较高Re数圆柱尾流的控制

力学学报 2006年第2期38卷 153-161页

作者：邵传平王建明中国科学院力学研究所北京100080 北京大学湍流与复杂系统研究国家重点实验室北京100871

引入一个窄条作为控制件,在Re=3．0×103-2．0×104范围内对圆柱尾流进行控制实验。窄条长度与柱体长度相同,厚度为柱体直径的0．015-0．025倍,宽度为柱体直径的0．18倍．窄条的两个长边与柱中心轴平行,而且三者共面．控制参数为窄条位... 详细信息

引入一个窄条作为控制件,在Re=3．0×103-2．0×104范围内对圆柱尾流进行控制实验。窄条长度与柱体长度相同,厚度为柱体直径的0．015-0．025倍,宽度为柱体直径的0．18倍．窄条的两个长边与柱中心轴平行,而且三者共面．控制参数为窄条位置,可由间距(窄条到柱轴)比λ／(0．5D)和风向角β(窄条面与来流的夹角)确定．采用流动显示和热线测量方法,对控制和未控制尾流的流动状态,平均速度分布和脉动速度情况,以及作用于柱体和控制件的总阻力进行了研究和比较．研究结果证明,当窄条位于柱体尾流中一定区域内时,可有效抑制柱体两侧的旋涡脱落．有效控制后的尾流湍流度也相应减小．在不同Re数下,找出了有效抑制旋涡脱落的窄条位置区域,并用动量积分估计了作用于柱体和窄条上的总阻力与光圆柱阻力的比值及其随风向角的变化．对λ／(0．5D)=2．9情况,得到了减阻的风向角区域(β=0°-40°与180°附近)以及最大减阻率32％．以上事实表明,在近尾流局部区域施加小的干扰,可改变较高Re数圆柱尾流的整体性质．

关键词：流动控制旋涡脱落圆柱高雷诺数减阻

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旋转振荡板尾流的控制研究

力学学报 2021年第7期53卷 1856-1875页

作者：陈国孝刘喆邵传平中国计量大学流体检测与仿真研究所杭州310018 国家管网集团西气东输公司南京计量研究中心南京210046

桥跨结构发生颤振时的旋涡尾流可由二维强迫旋转振荡板绕流模拟.在弦厚比B/H=5的振荡板两侧对称地放置两个宽度比均为b/H=0.33的窄条,对尾流的锁频旋涡脱落进行控制.采用数值模拟和实验验证方法,对旋涡场、尾流平均和脉动速度,以及板所... 详细信息

桥跨结构发生颤振时的旋涡尾流可由二维强迫旋转振荡板绕流模拟.在弦厚比B/H=5的振荡板两侧对称地放置两个宽度比均为b/H=0.33的窄条,对尾流的锁频旋涡脱落进行控制.采用数值模拟和实验验证方法,对旋涡场、尾流平均和脉动速度,以及板所受扭转力矩和升力进行研究,研究的振幅范围β=0°~10°,振频范围f_(e)H/V_(∞)=0~0.0857,雷诺数Re=V_(∞)H/V=2800.窄条位置分为板的前缘、中央和尾缘3种,控制参数为窄条横向坐标y/H.根据实验结果,当窄条位置y/H在一定范围,振幅β=0°~7.5°,振频f_(e)H/V_(∞)=0~0.08时,有控制和无控制尾流脉动速度功率谱主峰的比值远低于1,最低可达0.3左右.根据数值模拟结果,当中央控制件位于y/H=±1附近时,在振幅β=0°~7.5°,和一定频率范围内,脉动扭转力矩均方根和升力均方根都有大幅下降,最多可分别降低43%和80%.引入第一和第二涡黏系数,将尾流无规则脉动形成的湍流法向和切向应力,分别与扰动速度幅值的法向和切向梯度相联系,得到线性稳定性方程.稳定性分析表明,施加控制后,最大扰动放大因子ω_(imax)大幅降低,扰动增长的频率范围显著收窄.窄条改变尾流速度剖面形状并增大湍流涡黏系数,从而减弱尾流的不稳定性.

关键词：板旋转振荡尾流抑制窄条控制件

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风嘴对旋转振荡板旋涡脱落的控制

力学与实践 2023年第1期45卷 33-41页

作者：陈子祺邵传平中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

5∶1矩形柱体被认为是通用桥面几何形状的代表,其简化模型可以用来进行风振控制的研究。风嘴作为一种常用的流动控制装置,能起到减阻和增加矩形板气动稳定性的效果,但控制装置对强迫振荡柱体的控制机理仍缺乏研究。研究者通过对节段模... 详细信息

5∶1矩形柱体被认为是通用桥面几何形状的代表,其简化模型可以用来进行风振控制的研究。风嘴作为一种常用的流动控制装置,能起到减阻和增加矩形板气动稳定性的效果,但控制装置对强迫振荡柱体的控制机理仍缺乏研究。研究者通过对节段模型施加强迫振动,在实验模型前部施加边缘型对称型风嘴,研究控制装置对矩形板尾流旋涡脱落的影响。通过流动显示结果,总结了施加风嘴后的四种旋涡脱落模式。并通过快速傅里叶变化频域分析法,得到实验模型后缘X/D=10处的速度功率谱。施加风嘴控制能增大旋涡脱落频率,并抑制尾流旋涡脱落的能量。而数值模拟得到的不同实验工况下的升力均方根和力矩均方根显著减小,最大降幅分别为52%和23%,表明矩形板气动稳定性的提升和尾流不稳定性的减弱。

关键词：矩形板风嘴旋涡脱落流动控制强迫振荡

On the existence of Absolute Instability in Bluff Body Wakes

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Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 1996年第3期1卷 4-8页

作者： chuanping shao Xuequan E & Wei WANG (Laboratory of Applied Fluid Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy ofSciences, 15 Zhong Guan Cun Road, Beijing 100080, China)E-mail: shaocp@cc5 . Imech .ac. cn Laboratory of Applied Fluid Mechanics Institute of Mechanics Chinese Academy of Sciences 15 Zhong Guan Cun Road Beijing 100080 China

The wake stability of steady flow past a circular cylinder has been studiedexperimentally An impulse perturbation signal（very short in time, finite in amplitude） wasgiven to the wake from a small hole on the back of the cylinder, and its long time evolution inthe wake was detected by a hot film probe at a fixed point. The test Reynolds number rangeRe=30 ~ 320. The restult shows that （1）ahsolute instability exists in the wake when Re=55～320. （2） The absolute region extends from 0.5 < x/d < 0.7 ~ 1.0 to 0.5 < x/d < 2.3 ~ 2.5as Reynlods number increases from 55 to 200.

关键词： absolute Instability wake circular cylinder