一種適用于多振子耦合振動研究的渦激振動試驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流體力學(xué)及實驗裝置領(lǐng)域，是一種既適用于單個獨立振動又適用于多振子耦合振動研宄的高效試驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]特定流速下，彈性支撐的繞流鈍體會因后側(cè)交替脫落的漩渦產(chǎn)生周期性的振動，而鈍體周期性振動亦會造成鈍體后側(cè)尾流瀉渦模態(tài)的改變，這種流體與固體相互作用的現(xiàn)象即稱為禍激振動(Vortex-1nduced Vibrat1n，簡稱VIV)。禍激振動的初始研宄內(nèi)容主要集中于如何抑制振動以減少其對建筑結(jié)構(gòu)的破壞作用，但隨著研宄的發(fā)展和深入，人們發(fā)現(xiàn)渦激振動的振動能量可以加以利用。美國密歇根大學(xué)的Bernitsas教授正是利用了這一原理成功研制了一種新型的低速水流發(fā)電裝置--VIVACE (Vortex Induced Vibrat1n
Aquatic Clean Energy)。相比較傳統(tǒng)旋槳式水流發(fā)電機，VIVACE具有啟動流速低、能量密度大等巨大優(yōu)勢，具有良好的開發(fā)前景。
[0003]當(dāng)然，不論傳統(tǒng)的抑制振動還是前沿的利用振動，渦激振動研宄都越來越偏向于宏觀領(lǐng)域，偏向于整個流場間各振子的相互影響領(lǐng)域。因此，單一的振子試驗系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足未來的研宄需求。目前，渦激振動試驗領(lǐng)域存在一些研宄兩振子或多振子的試驗裝置。但對于兩振子機理研宄(彈性支撐的剛性圓柱體，具有可變的實體彈簧)裝置而言，其振子排布形式十分有限，并不能有效實現(xiàn)各種形態(tài)的排布形式(串聯(lián)、并聯(lián)、各類傾斜排布)。而對于多振子而言，并沒有有效的機理研宄裝置，而僅有針對海洋立管(柱體為柔性體，不存在實體彈簧)的工程性試驗裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上問題，本發(fā)明提出一種高效的渦激振動機理研宄試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)由單振子研宄到多振子研宄的靈活轉(zhuǎn)變，且能適應(yīng)各種不同陣列類型的振子排布形式，拓展了研宄領(lǐng)域，提高了試驗效率。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種適用于多振子耦合振動研宄的渦激振動試驗系統(tǒng)，由固定支撐模塊、滑動支撐模塊及滑動體系三部分構(gòu)成，其特征是:固定支撐模塊包括工作臺、支撐桿、支撐線性導(dǎo)軌，工作臺由支撐桿相互連接，支撐線性導(dǎo)軌置于支撐桿上；滑動支撐模塊包括滑動支撐架、豎向線性滑道與彈簧掛板，豎向線性滑道置于滑動支撐架上，彈簧掛板置于滑動滑動支撐架外側(cè)，滑動支撐架頂部與底部分別通過線性軸承與支撐線性導(dǎo)軌連接；滑動體系包括滑動架、直臂傳力桿、折臂傳力桿、振子，振子與直臂傳力桿或折臂傳力桿連接，滑動架通過線性軸承與豎向線性滑道連接。
[0007]進一步的，所述的工作臺包括上、下游兩個，并由支撐桿相互連接。
[0008]進一步的，所述的滑動支撐模塊可在固定支撐模塊上自由滑動。
[0009]進一步的，還包括拉力彈簧，所述的拉力彈簧上下兩端分別與彈簧掛板和直臂傳力桿或折臂傳力桿連接，使得滑動體系可在滑動支撐模塊上做豎直線性往復(fù)運動。
[0010]本發(fā)明的有益效果是，該系統(tǒng)既適用于單一振子的渦激振動試驗，也適用于各種陣列條件下的(兩)多振子的耦合振動試驗。相較于現(xiàn)有耦合渦激振動試驗裝置，本系統(tǒng)的振子排布個數(shù)更多，不僅僅限于兩個振子；同時，本系統(tǒng)可實現(xiàn)多振子間的串聯(lián)、并聯(lián)、傾斜排布以及串并聯(lián)耦合排布等各類排布形式，拓展了渦激振動的研宄范圍，為多振子耦合的尾流馳振研宄提供了良好的試驗條件。該系統(tǒng)中各振子的間距可以靈活地調(diào)整，不用反復(fù)拆卸和安裝即可實現(xiàn)多種工況下的試驗研宄，從而降低了試驗成本，提高了試驗效率。此夕卜，該系統(tǒng)裝置所對應(yīng)的連接與傳力結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，易于制造，便于拆卸更替，具有良好的經(jīng)濟適用性。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明立體圖；
[0012]圖2為本發(fā)明固定支撐模塊立體圖；
[0013]圖3為本發(fā)明滑動支撐模塊及滑動體系立面圖；
[0014]圖4為本發(fā)明多振子串聯(lián)列陣形式；
[0015]圖5為本發(fā)明多振子串并聯(lián)列陣形式；
[0016]圖中1、工作臺；2、支撐桿；3、支撐線性導(dǎo)軌；4、滑動支撐架；5、豎向線性滑道；6、彈簧掛板；7、線性軸承；8、滑動架；9、直臂傳力桿；10、折臂傳力桿；11、振子；12、拉力彈黃。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
[0018]由附圖1、附圖2和附圖3可知，本發(fā)明主要由固定支撐模塊、滑動支撐模塊及滑動體系三部分構(gòu)成。固定支撐模塊包括工作臺1、支撐桿2、支撐線性導(dǎo)軌3 ;工作臺I包括上、下游兩個，固定于水槽頂部，由支撐桿2相互連接形成整體架構(gòu)；支撐線性導(dǎo)軌3置于支撐桿上?；瑒又文K包括滑動支撐架4、豎向線性滑道5與彈簧掛板6 ;豎向線性滑道5置于滑動支撐架4上；彈簧掛板6置于滑動支撐架4外側(cè)；滑動支撐架4頂部與底部分別通過線性軸承7與支撐線性導(dǎo)軌3連接，使得滑動支撐模塊能在固定支撐模塊上自由滑動?；瑒芋w系包括滑動架8、直臂傳力桿9、折臂傳力桿10、振子11 ;振子11與直臂傳力桿9或折臂傳力桿10連接，而直臂傳力桿9或折臂傳力桿10與滑動架8連接而形成整體滑動體系；滑動架8通過線性軸承7與豎向線性滑道5連接，而拉力彈簧12上下兩端分別與彈簧掛板6和直臂傳力桿9或折臂傳力桿10連接，使得滑動體系可在滑動支撐模塊上做豎直線性往復(fù)運動。該實施例中，水槽長寬高分別為20mX ImX 1.5m，水槽最高水位1.3m，最高流速2m/s ;工作臺I長寬分別為Im和1.4m ;支撐桿2與支撐線性導(dǎo)軌3長度均為Sm ;滑動支撐模塊共6套，對應(yīng)的滑動體系也為6套；滑動支撐架長寬分別為0.9m和0.35m ;豎向線性滑道5長1.2m，直臂傳力桿9長度1.5m，折臂傳力桿10豎直長度1.5m，橫向長度0.3m ;振子11為圓柱體，數(shù)量6個，直徑10cm，長度90cm，單個質(zhì)量4.6kg ;彈簧根據(jù)具體試驗要求進行選配。
[0019]該實施例中對于直臂傳力桿9與折臂傳力桿10的選配原則:1、研宄內(nèi)容為單振子11或不包含并聯(lián)列陣的兩(多)振子列陣形式(包括串聯(lián)及傾斜排布形式)，則所有振子11都應(yīng)選擇直臂傳力桿9進行連接，如圖4所示；2、研宄內(nèi)容為包含并聯(lián)列陣的兩(多)振子列陣形式，則并聯(lián)列陣的下端振子11應(yīng)采用折臂傳力桿10進行連接，而其余振子11仍采用直臂傳力桿9進行連接，如圖5所示。
[0020]由于多振子排布振動方式多樣，因此，關(guān)于多振子耦合振動的渦激振動試驗裝置的其他組合方式均屬于本專利的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種適用于多振子耦合振動研宄的渦激振動試驗系統(tǒng)，由固定支撐模塊、滑動支撐模塊及滑動體系三部分構(gòu)成，其特征是:固定支撐模塊包括工作臺、支撐桿、支撐線性導(dǎo)軌，工作臺由支撐桿相互連接，支撐線性導(dǎo)軌置于支撐桿上；滑動支撐模塊包括滑動支撐架、豎向線性滑道與彈簧掛板，豎向線性滑道置于滑動支撐架上，彈簧掛板置于滑動支撐架外側(cè)，滑動支撐架頂部與底部分別通過線性軸承與支撐線性導(dǎo)軌連接；滑動體系包括滑動架、直臂傳力桿、折臂傳力桿、振子，振子與直臂傳力桿或折臂傳力桿連接，滑動架通過線性軸承與豎向線性滑道連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于多振子耦合振動研宄的渦激振動試驗系統(tǒng)，其特征是:所述的工作臺包括上、下游兩個，并由支撐桿相互連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于多振子耦合振動研宄的渦激振動試驗系統(tǒng)，其特征是:所述的滑動支撐模塊可在固定支撐模塊上自由滑動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于多振子耦合振動研宄的渦激振動試驗系統(tǒng)，其特征是:還包括拉力彈簧，所述的拉力彈簧上下兩端分別與彈簧掛板和直臂傳力桿或折臂傳力桿連接，使得滑動體系可在滑動支撐模塊上做豎直線性往復(fù)運動。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于多振子耦合振動研究的渦激振動試驗系統(tǒng)，涉及流體力學(xué)及實驗裝置領(lǐng)域，由固定支撐模塊、滑動支撐模塊及滑動體系三部分構(gòu)成，滑動支撐模塊可在固定支撐模塊上自由滑動，同時通過拉力彈簧使得滑動體系可在滑動支撐模塊上做豎直線性往復(fù)運動。本發(fā)明既適用于單一振子的渦激振動試驗，也適用于各種陣列條件下的兩/多振子的耦合振動試驗。同時，本系統(tǒng)可實現(xiàn)多振子間的串聯(lián)、并聯(lián)、傾斜排布以及串并聯(lián)耦合排布等各類排布形式，拓展了渦激振動的研究范圍，為多振子耦合的尾流馳振研究提供了良好的試驗條件。
【IPC分類】G01M10-00
【公開號】CN104729828
【申請?zhí)枴緾N201510134079
【發(fā)明人】任泉超, 燕翔, 張軍, 劉昉
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月26日