بررسی انواع مدل های پدیده ارتعاشات ناشی از گردابه و امکان سنجی استحصال انرژی از آن

ارتعاشات ناشی از گردابه به حرکت اجسامی اطلاق میشود که در اثر وجود گردابه در جریان خارجی روی آن ها به وجود آمده باشد. وجود جریان روی جسم باعث تشکیل گردابه هایی پشت جسم و جدا شدن آنها به صورت متناوب از بالا و پایین جسم میشود. اگر جسم مقید شده باشد فرکانس تشکیل گردابه ها از قانون اشتروهال پیروی میکند، ولی اگر جسم روی بستر الاستیک نصب شده باشد با یک مساله غیر خطی مواجه هستیم. از این پدیده تا کنون به عنوان یک پدیده مخرب نام برده میشده اما مدتی است که پیشنهاداتی در رابطه با استحصال انرژی از این پدیده مطرح شده است. در این حالت اگر فرکانس تشکیل گردابه ها به فرکانس طبیعی سازه نزدیک شود دیگر از قانون اشتروهال پیروی نخواهد کرد. همانطور که اشاره شد به علت خاصیت غیر خطی این مساله همواره مدل سازی این پدیده با مشکلات زیادی روبرو بوده است. عموما مطالعه روی این پدیده به سه روش امکان پذیر است. روش اول روش تجربی (انجام آزمایشات) میباشد. روش دوم روش شبه تجربی نام دارد. این روش در حقیقت همان روش تحلیلی است با این تفاوت که چون در روش تحلیلی تمام ضرایب قابل استخراج نیست تعدادی از ضرایب به کمک نتایج روش تجربی به دست می آید، بنابرین این روش شبه تجربی نام گرفته است. روش آخر نیز روش شبیه سازی عددی میباشد. در روش شبه تجربی مدل هایی که با ساده سازی به دست آمده اند، نتایج خوبی به دست نمی دهند و مدل هایی که دقیق تر به دست آمده اند به علت پیچیدگی بسیار به راحتی قابل حل نیستند. بنابر این هنوز به دنبال پیدا کردن مدلی هستیم که بتواند با حفظ سادگی پاسخ سیستم را با دقت قابل قبولی پیش بینی کند. یکی از بهترین انواع مدل های شبه تجربی مدل گردابه – نوسان گر میباشد. با وجود این که این مدل چندین مشخصه سیستم را در سیستم های با جرم – میرایی بالا به خوبی پیش بینی میکند، در سیستم های با جرم – میرایی کم دقت قابل قبولی ندارد. در این پژوهش پس از بیان مقدمات به بررسی کامل مدل نوسان گر کلاسیک میپردازیم و پس از به دست آوردن معادلات حاکم، روابط صریحی برای پاسخ سیستم با در نظر گرفتن سه نوع کوپلینگ مختلف (جابجایی، سرعت و شتاب) ارائه خواهد شد. سپس با ارائه یک مدل اصلاح شده که از وجود یک نوسان گر دافینگ بهره میبرد، به نتایج قابل قبولی در سیستم های با جرم – میرایی کم نیز دست خواهیم یافت. به دست آوردن روابطی برای پاسخ سیستم و بررسی آنها برای سه کوپلینگ نام برده نشان میدهد که اینجا هم کوپلینگ شتاب میتواند بهتر از بقیه کوپلینگ ها رفتار سیستم را پیش بینی کند. در نهایت به عنوان یکی از کاربرد های مدرن این پدیده، به امکان استحصال انرژی پاک و نامحدود از ارتعاشات ناشی از گردابه خواهیم پرداخت. با استخراج رابطه ای برای بازدهی این دستگاه و مقایسه آن با دیگر روش های موجود به این نتیجه خواهیم رسید که این دستگاه آینده درخشانی در زمینه استحصال انرژی های پاک و بازگشت پذیر خواهد داشت.