تُنتج الدوامات المنفصلة خلف الجسم قوةً جانبية متذبذبة. وإذا كان الجسم مرنًا اهتزّ. وقاعدة التصميم الكلاسيكية بسيطة: أبعِد تردد الانفصال عن التردد الطبيعي للهيكل.
والقاعدة صحيحة لكنها ناقصة.
التزامن: التردد يتكيّف مع الهيكل
حين يقترب تردد الانفصال من التردد الطبيعي، يتخلى الجريان عن تردده الخاص ويتزامن مع تردد الهيكل — ويستمر هذا التزامن على مدى كامل من السرعات. ولذلك لا يُصادَف الرنين عند سرعة واحدة بل على نطاق كامل.
والنتيجة التصميمية: القول إن سرعة التشغيل تبعد 15% عن سرعة الرنين ليس ضمانًا كافيًا. فعرض نطاق التزامن يتوقف على تخميد الهيكل ونسبة كتلته؛ وفي الهياكل الخفيفة قليلة التخميد يكون النطاق عريضًا.
ما الذي يحدد السعة
تتغير سعة الاهتزاز عكسيًا مع معامل لابعدي للكتلة والتخميد. فالهيكل الخفيف في مائع كثيف (أنبوب نحيل في الماء) يبلغ سعات أكبر بكثير. ولذلك قد تكون الهندسة نفسها بلا مشكلات في الهواء ومُتلِفة في الماء.
النمذجة
المسألة مقترنة في الاتجاهين وعابرة؛ والنقل أحادي الاتجاه لا يستطيع إظهار التزامن. انظر ملاحظة التفاعل بين المائع والبنية.
ويجب أن يُحَلّ الأثر الخلفي حلًّا كافيًا؛ فالأثر المخمَّد يعطي قوة إثارة منخفضة ويُظهر المسألة كأنها غير موجودة. انظر ملاحظة انفصال الدوامات.
المعالجات السلبية
الطريق الأكثر عملية عادةً هو منع الانفصال من أن يكون منتظمًا: أشرطة حلزونية، أو مقطع متغيّر على امتداد المحور، أو غلاف مثقّب. وهذه ترفع المقاومة لكنها تكسر التزامن بتشتيت القوة المتذبذبة — وهو قرار مفاضلة، والتحليل أداةُ قياس هذه المفاضلة.
المراجع
- Williamson, C. H. K. (1996). Vortex dynamics in the cylinder wake. Annual Review of Fluid Mechanics, 28, 477–539. DOI: 10.1146/annurev.fl.28.010196.002401
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149