阅读说明：本技术 一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置 (Eccentric bearing traveling wave wall driving device for inhibiting cylindrical streaming vortex shedding ) 是由 徐枫 张立启 王立勇 段忠东 欧进萍 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置,包括插柱、偏心轴承、移动杆、支撑板、柔性面层和系杆；所述插柱转动连接在支撑板的内侧,所述偏心轴承呈螺旋式固定连接在插柱上,所述移动杆的一端固定连接在偏心轴承的外侧壁上,所述移动杆的另一端固定连接在系杆上,所述系杆远离移动杆的一端朝向柔性面层设置,本发明柔性面层运动可以在壁面形成“滚动轴承”效应,从而抑制了旋涡脱落,并降低了作用在圆柱表面的气动力。(The invention discloses an eccentric bearing traveling wave wall driving device for inhibiting vortex shedding of cylindrical streaming, which comprises an insert column, an eccentric bearing, a movable rod, a support plate, a flexible surface layer and a tie rod, wherein the insert column is fixedly connected with the eccentric bearing; the plug post is rotatably connected to the inner side of the supporting plate, the eccentric bearing is fixedly connected to the plug post in a spiral mode, one end of the moving rod is fixedly connected to the outer side wall of the eccentric bearing, the other end of the moving rod is fixedly connected to the tie rod, and one end, far away from the moving rod, of the tie rod faces the flexible surface layer.)

一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置

技术领域

本发明涉及一种偏心轴承行波壁驱动装置，具体是一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置。

背景技术

高雷诺数下圆柱绕流问题是一种非定常流动问题，其流动机理相对复杂。随着人们对圆柱绕流问题的研究，发现在一定条件下，圆柱两侧会出现有规律交替脱落的旋涡，这就是著名的卡门涡街现象。

圆柱尾流交替脱落的旋涡产生会产生脉动的气动力，导致圆柱发生横风向的大幅振动，即为涡激振动。涡激振动引发的工程问题也是不胜枚举，最具代表性的是发生在英国布里奇发电站处于尾流区区的几座百米高冷却塔在共振中倒塌。在这一系列事故中，我们不断吸取教训，寻找流动控制的方法。在此过程中，有人提出某一区域中的扰动随时间和空间的演化模式，圆柱绕流行波壁主动控制就是在这一思路上发展出来的。圆柱绕流行波壁仿生控制方法在二维数值模拟中发现其流动控制效果很好，基本可以完全消除尾部的涡旋脱落，并能够减少阻力系数，其在二维平面的控制机理研究也有一些成果。行波壁最初来源于鱼类，海豚在高速游动时其皮肤表面形成一系列的波状凸起，并且顺着流速的方向向下游运动，这是从1996年Herte l拍摄到海豚游泳照片中发现的，工程师认为这种波纹状的行波对海豚水下高速游动十分有利，将这种柔性壁面引入到工程领域，用于圆柱或方柱等钝体的尾流控制中。

行波壁是一种新颖的仿生流动控制方法，目前，圆柱绕流的行波壁控制装置中，较少有装置能够实现往复运动的行波。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置，包括插柱、偏心轴承、移动杆、支撑板、柔性面层和系杆；

所述插柱转动连接在支撑板的内侧，所述偏心轴承呈螺旋式固定连接在插柱上，所述移动杆的一端固定连接在偏心轴承的外侧壁上，所述移动杆的另一端固定连接在系杆上，所述系杆远离移动杆的一端朝向柔性面层设置。

作为本发明进一步的方案：所述插柱的横截面为N边形，N须为4的整数倍。

作为本发明进一步的方案：所述偏心轴承为多个，所述偏心轴承在插柱上呈螺旋形式排布。

作为本发明进一步的方案：相邻所述偏心轴承对称线之间的夹角为π/2的整数倍。

作为本发明进一步的方案：所述柔性面层的材质为软质材料。

作为本发明进一步的方案：所述支撑板为半圆筒状。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置，包括多个偏心轴承按照一个方向螺旋式排列在插柱上，多个相同长度的移动杆呈V字形对称排列于偏心轴承上做往复运动以此来推动柔性面层运动，圆柱表面的柔性面层运动可以在壁面形成“滚动轴承”效应，从而抑制了旋涡脱落，并降低了作用在圆柱表面的气动力。

附图说明

图1为一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置的立体图；

图2为一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置的侧视图；

图3为一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置中偏心轴承的示意图；

图中：1、插柱；2、偏心轴承；3、移动杆；4、支撑板；5、柔性面层；6、系杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明实施例中，一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置，包括插柱1、偏心轴承2、移动杆3、支撑板4、柔性面层5和系杆6；

插柱1转动连接在支撑板4的内侧，偏心轴承2呈螺旋式固定连接在插柱1上，移动杆3的一端固定连接在偏心轴承2的外侧壁上，移动杆3的另一端固定连接在系杆6上，系杆6远离移动杆3的一端朝向柔性面层5设置。

偏心轴承2在插柱1上螺旋式排布，其中偏心轴承2的旋转中心与插柱1的旋转中心重合，移动杆3的一端固定连接在偏心轴承2的外侧壁上，移动杆3并不随偏心轴承的转动，而是在固定位置往复运动，插柱1转动由外部电机提供，随着插柱2的转动带动偏心轴承1及移动杆3运动，从而推动柔性面层5在形成行波运动，插柱2转速即为行波的波动频率。

插柱1的横截面为N边形，N须为4的整数倍。

偏心轴承2为多个，偏心轴承2在插柱上呈螺旋形式排布。

相邻偏心轴承2对称线之间的夹角为π/2的整数倍。

柔性面层5的材质为软质材料。

支撑板4为半圆筒状。

本装置每相邻四个偏心轴承2构造一个正弦行波的四个代表位置，分别为两个平衡位置、波峰和波谷，相邻偏心轴承2间相位差为π/2，行波波幅由偏心轴承2旋转中心与轴承几何中心间距ΔR控制，行波波动壁面上一点与旋转中心距离随时间变化由函数(1)控制。

其中为R圆柱半径，ω为插柱角速度，该点与圆心连线与x正半轴的夹角。

该装置所使用的移动杆3均为统一长度，由R-r确定，r为偏心轴承2的外圆半径，偏心轴承2在插柱1上呈螺旋式排布方式；移动杆3在偏心轴承2上为V字形对称排列方式，单侧相邻移动杆3间夹角为π/32。

本发明是一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置，当开启行波壁后，尾流区的旋涡脱落随着行波运动速度增大而被逐渐抑制，当波速大于来流风速的1.5倍时尾流区边不会产生交替脱落的卡门涡街，这是由于在行波运动的过程当中在壁面产生了“滚动轴承”效应，它消除了边界层效应，从而有效抑制了圆柱尾流的旋涡脱落，并消除了圆柱表面所受的气动力，进而达到抑制圆柱涡激振动的目的。

启动行波壁后，壁面附近形成“滚动轴承”效应，抑制了交替脱落的旋涡，从而避免了尾流区卡门涡街的形成。

行波壁运动有效地改善了圆柱表面所受气动力，主要体现在两个方面，一是减小了圆柱横风向升力系数的脉动幅值，二是降低了作用在圆柱表面的阻力系数均值。

本发明是一种抑制圆柱绕流旋涡脱落的偏心轴承行波壁驱动装置，包括多个偏心轴承2按照一个方向螺旋式排列在插柱1上，多个相同长度的移动杆3呈V字形对称排列于偏心轴承2上做往复运动以此来推动柔性面层运动。

圆柱表面的柔性面层运动可以在壁面形成“滚动轴承”效应，从而抑制了旋涡脱落，并降低了作用在圆柱表面的气动力。

在本发明中所描述的“固定连接”表示相互连接的两部件之间是固定在一起，一般是通过焊接、螺钉方式固定在一起；“转动连接”是指两部件连接在一起并能相对运动。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。