تحلیل و بهینه‌سازی هندسی تیرهای ارتعاش‌پذیر تحت اثر جریان سیال به منظور بیشینه‌سازی برداشت انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه تبدیل انرژی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 کارشناسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

4 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

10.22034/jmeut.2026.66938.3551

چکیده

امروزه برداشت انرژی از ارتعاشات ناشی از سیال یکی از مباحث مهم در مهندسی مکانیک است. با توجه به اینکه با افزایش ارتعاشات تیر، مقدار برداشت انرژی افزایش می‌یابد، لذا هدف اصلی در این مقاله بررسی و به دست آوردن ابعاد تیر به گونه‌ای است که انتهای تیر بیشترین جابجایی را داشته باشد. همچنین باید در نظر داشت این جابجایی نباید به اندازه‌ای باشد که باعث شکستن تیر شود. بدین منظور، تیر باید در ناحیه تشدید نوسان کند ولی تعدادی از مقادیر به دست آمده برای ابعاد تیر در محدوده مناسب طراحی نیستند؛ پس حذف می شوند. لازم به توضیح است که برای دستیابی به ابعاد بهینه ابتدا الگوریتمی با استفاده از نرم افزار MATLAB نوشته شده است و سپس با کوپل نرم افزار مذکور با نرم افزار COMSOL، این ابعاد استخراج گردیده است. الگوریتم مذکور محاسبات را برای سطح مقطع‌های مستطیلی و بیضوی انجام داده است. نهایتا نتیجه این مطالعه به دست آوردن محدوده مناسب ابعاد تیر هم از لحاظ افزایش ارتعاش و هم از لحاظ جلوگیری از شکستن تیر می‌باشد که به صورت نمودارهایی ارائه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Wang Q, Zhan L. Assessing the sustainability of renewable energy: An empirical analysis of selected 18 European countries. Science of The Total Environment. 2019;692:529–45.
[2] Zhao J, Dong K, Dong X, Shahbaz M. How renewable energy alleviate energy poverty? A global analysis. Renewable Energy. 2022;186:299–311.
[3] Zheng F, Zhou X, Rahat B, Rubbaniy G. Carbon neutrality target for leading exporting countries: On the role of economic complexity index and renewable energy electricity. Journal of Environmental Management. 2021;299:113558.
[4] Li C, Mogollón JM, Tukker A, Dong J, von Terzi D, Zhang C, et al. Future material requirements for global sustainable offshore wind energy development. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022;164:112603.
[5] Li M, Luo H, Zhou S, Senthil Kumar GM, Guo X, Law TC, et al. State-of-the-art review of the flexibility and feasibility of emerging offshore and coastal ocean energy technologies in East and Southeast Asia. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022;162.
[6] Barrero-Gil A, Pindado S, Avila S. Extracting energy from Vortex-Induced Vibrations: A parametric study. Applied Mathematical Modelling. 2012;36(7):3153–60.
[7] Hémon P, Amandolese X, Andrianne T. Energy harvesting from galloping of prisms: A wind tunnel experiment. Journal of Fluids and Structures. 2017;70:390–402.
[8] Zhao D, Zhou J, Tan T, Yan Z, Sun W, Yin J, et al. Hydrokinetic piezoelectric energy harvesting by wake induced vibration. Energy. 2021;220:119722.
[9] Lee JH, Xiros N, Bernitsas MM. Virtual damper–spring system for VIV experiments and hydrokinetic energy conversion. Ocean Engineering. 2011;38(5):732–47.
[10] Facchinetti ML, de Langre E, Biolley F. Coupling of structure and wake oscillators in vortex-induced vibrations. Journal of Fluids and Structures. 2004;19(2):123–40.
[11] Bearman PW. Circular cylinder wakes and vortex-induced vibrations. Journal of Fluids and Structures. 2011;27(5):648–58.
[12] Bernitsas MM, Raghavan K, Ben-Simon Y, Garcia EMH. VIVACE (Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy): A New Concept in Generation of Clean and Renewable Energy From Fluid Flow. Volume 2: Ocean Engineering and Polar and Arctic Sciences and Technology2006. p. 619–37.
[13] Bhattacharyya S, Singh AK. Reduction in drag and vortex shedding frequency through porous sheath around a circular cylinder. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2011;65(6):683–98.
[14] Brika D, Laneville A. Vortex-induced vibrations of a long flexible circular cylinder. Journal of Fluid Mechanics. 1993.
[15] Gabbai RD, Benaroya H. An overview of modeling and experiments of vortex-induced vibration of circular cylinders. Journal of Sound and Vibration. 2005;282(3):575–616.
[16] Amini Y, Zahed I, Mahini M, Izadpanah E. Effects of mass ratio and rotation speed on flow induced vibration of a rotating cylinder with two degrees of freedom. Physics of Fluids. 2024;36.
[17] Mehmood A, Abdelkefi A, Hajj MR, Nayfeh AH, Akhtar I, Nuhait AO. Piezoelectric energy harvesting from vortex-induced vibrations of circular cylinder. Journal of Sound and Vibration. 2013;332(19):4656–67.
[18] Sabbar WA, Ismael MA, Almudhaffar M. Fluid-structure interaction of mixed convection in a cavity-channel assembly of flexible wall. International Journal of Mechanical Sciences. 2018;149:73–83.
[19] Turek S, Hron J, editors. Proposal for Numerical Benchmarking of Fluid-Structure Interaction between an Elastic Object and Laminar Incompressible Flow. Fluid-Structure Interaction; 2006; Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.