תנודות של גופים הקשורים בחוט עקב האינטראקציה בין הזורם לבין הגוף

כאשר גופים הקשורים בחוט נמצאים בתוך זרימה, תנודות
(Vortex Induced Vibrations, VIV) עלולות להתרחש כתוצאה מהאינטראקציה בין הזורם לבין המבנה. אינטראקציות אלו נפוצות ביישומים רבים כגון מצופים הקשורים בחוט באוקיאנוס, סונארים, כדורי התראה בחוטי חשמל במתח גבוה ובשנים האחרונות בפיתוח טכנולוגיות לקצירת אנרגיה ירוקה.

מצד אחד, תנודות אלו עלולות להרוס את המבנה ומצד שני, נבחנות אפשרויות לניצולן עבור קצירת אנרגיה ירוקה. במעבדה לזרימה רב-פאזית סביבתית
(EMPFL)
בהנחיית ד”ר רנה ואן האוט, אנו חוקרים אינטראקציות זרימה-גוף של גופים תונדים בזרימה אחידה (איור 1). אינטראקציות אלו יכולות ליצור תנודות של הגוף הקשיח עקב הינתקות מערבולות בזורם המציף את הגוף (Vortex Induced Vibrations, VIV). תנודות של הגוף הקשיח עקב הינתקות מערבולות (VIV) מאופיינות על ידי תנודות מחזוריות או לא-סטיוצנאריות (non-stationary), בעלות אמפליטודות גבוהות. אנו מבצעים עקיבה אחר תנועת כדור הקשור בחוט בתעלת מים בחוג סגור, ובמקביל נמדדת הזרימה בסביבת הכדור בטכניקת PIV (Particle Image Velocimetry). מדידות אלו מבוצעות במהירות גבוהה (אלפי תמונות בשנייה) המאפשרות מדידה “רציפה” של תנועת הזורם והכדור. בזכות מדידות אלו מתאפשר ניתוח הדינאמיקה של השובל הנוצר מאחורי הכדור וכוחות הזורם, תוך ייחוסו לתנועתו המדוייקת של הכדור.

viv

איור 1: מערכת מדידה

SwirlingStrength

איור 2: הינתקות מערבולות בזורם המציף כדור הקשור בחוט בתעלת מים,
ReD = 1360.
שורה עליונה: מפות ווקטורים. שורה אמצעית: Vorticity. שורה תחתונה: Swirling strength.

References

  1. van Hout R., Krakovich A., Gottlieb O., 2010: Time resolved measurements of vortex-induced vibrations of a tethered sphere in uniform flow. Physics of Fluids 22, Vol. 8: DOI: 10.1063/1.3466660.
  2. Eshbal, L., Krakovich, A., van Hout, R., 2012. Time resolved measurements of vortex-induced vibrations of a positively buoyant tethered sphere in uniform water flow. Submitted to Journal of Fluids and Structures.