ДИНАМИКА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ С ДВУМЯ ПОДВИЖНЫМИ МАССАМИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ЭФФЕКТ ГАЛОПИРОВАНИЯ
- Авторы: Селюцкий Ю.Д.1
-
Учреждения:
- НИИ механики МГУ
- Выпуск: № 2 (2023)
- Страницы: 55-69
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/1026-3519/article/view/137507
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0572329922100117
- EDN: https://elibrary.ru/DFMZMU
- ID: 137507
Цитировать
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.
Ключевые слова
Об авторах
Ю. Д. Селюцкий
НИИ механики МГУ
Автор, ответственный за переписку.
Email: seliutski@imec.msu.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Den Hartog J.P. Transmission line vibration due to sleet // Trans. AIEE. 1932. V. 51. P. 1074–1086.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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