ДИНАМИКА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ДВУМЯ ПОДВИЖНЫМИ МАССАМИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ЭФФЕКТ ГАЛОПИРОВАНИЯ

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Рассматривается ветроэнергетическая установка, использующая эффект галопирования, которая включает два упруго соединенных поступательно движущихся тела: одно представляет собой призму квадратного сечения с жестко прикрепленным к ней постоянным магнитом, а другое – материальную точку. Электричество вырабатывается в результате движения магнита в катушке. Анализируется влияние параметров системы на скорость ветра, при которой возникают галопирующие колебания. Показано, что надлежащий выбор параметров позволяет значительно расширить диапазон скоростей ветра, при которых существуют периодические режимы, по сравнению с системой, содержащей одно движущееся тело. Получены аппроксимации для амплитуд и частот предельных циклов, возникающих в системе. Исследована эволюция этих циклов при изменении жесткости пружины между телами. Установлено, что при определенных значениях параметров возможно одновременное существование двух притягивающих периодических решений. Получены условия, при которых мощность, вырабатываемая такой системой, больше, чем мощность, вырабатываемая системой с одной движущейся массой.

Об авторах

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 // Quart. J. Mech. Appl. Math. 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. Oka S., Ishihara T. Numerical study of aerodynamic characteristics of a square prism in a uniform flow // J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 2009. V. 97. P. 548–559. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2009.08.006
  6. Люсин В.Д., Рябинин А.Н. О галопировании призм в потоке газа или жидкости // Тр. ЦНИИ им. ак. 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 J. 2006. Vol. 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 Inst. 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. Nonlin. Sci. Num. Simul. 2016. V. 36. P. 252–265. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2015.12.001
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. Karlicic D., Cajic M., Adhikari S. Dual-mass electromagnetic energy harvesting from galloping oscillations and base excitation // J. Mech. Eng. Sci. 2021. V. 235. № 20. P. 4768–4783. https://doi.org/10.1177/0954406220948910
  21. 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
  22. Saettone S., Taskar B., Regener P.B., Steen S., Andersen P. A comparison between fully-unsteady and quasi-steady approach for the prediction of the propeller performance in waves // Appl. Ocean Res. 2020. Vol. 99. P. 102011. https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.102011
  23. 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
  24. Selyutskiy Y.D. Potential forces and alternation of stability character in non-conservative systems // Appl. Math. Mod. 2021. Vol. 90. P. 191–199. https://doi.org/10.1016/j.apm.2020.08.070
  25. Lazarus A., Thomas O. A harmonic-based method for computing the stability of periodic solutions of dynamical systems // Comptes Rendus Mecanique. 2021. V. 338. № 9. P. 510–517. https://doi.org/10.1016/j.crme.2010.07.020
  26. Климина Л.А. Метод формирования асинхронных автоколебаний в механической системе с двумя степенями свободы // ПММ. 2021. Т. 85. № 2. С. 152–171. https://doi.org/10.31857/S0032823521020065

Дополнительные файлы


© Ю.Д. Селюцкий, 2023