Đư cĩ rất nhiều nghiên cứu cũng như các thí nghiệm với các vật thể cĩ tiết diện cản lớn được trình bày ở phần trên nhằm tìm hiểu các đặc điểm của dịng chảy khi cĩ gắn tấm phẳng ở phía sau vật thể cản, từ đĩ đưa ra các phương pháp điều khiển dịng chảy khác nhaụTuy nhiên, các nghiên cứu trên chỉ tập trung vào trường hợp tấm phẳng cố định hay vật cản dao động nhưng trường hợp vật thể cố định và tấm phẳng dao động thì chưa cĩ nhiều nghiên cứụ Để tìm hiểu sâu hơn ảnh hưởng của tấm phẳng dao động đến hệ số cản của kết cấu và đặc điểm của các xốy trong trường hợp này, nội dung chính của phần này là khảo sát bài tốn khi tấm phẳng dao động theo một hàm điều hịạ
Tại vị trí phía sau của trụ trịn, chúng ta đặt thêm một tấm phẳng dao động tuần hồn quanh một điểm cố định như hình 4.14. Cũng sử dụng mơ hình bài tốn như thế này, trong một thí nghiệm khác của Shukla [24], tấm phẳng này được gắn vào một bản lề và dao động tự do theo sự chênh lệnh áp suất ở phía trên và dưới của tấm
Hình 4.14: Mơ hình của bài tốn
L D
y=A sin(2πfst) L/D
phẳng. Tuy nhiên trong nghiên cứu hiện tại thì tấm phẳng di chuyển theo một hàm điều hịa hình sin như đư mơ tả trong hình 4.14.
Khi tấm phẳng bắt đầu di chuyển thì các xoáy bắt đầu xuất hiện, phát triển và tách ra từ đầu của tấm phẳng. Các xốy tách rời này cuộn trịn để hình thành xốy của tấm phẳng. Hình ảnh minh họa các xốy ban đầu (starting vortex) của tấm phẳng và của trụ trịn được thể hiện trong hình 4.15. Trong nội dung luận văn này chỉ quan tâm sự tương tác giữa hai loại xốy nàỵ
Để rõ hơn về quá trình hình thành và sự tương tác của các xốy này, chúng ta
chọn một trường hợp cụ thể là tấm phẳng dao động với biên độ A=0,2 và tần số
fs=0,5 để khảo sát. Hình 4.16a thể hiện hình dạng các xốy hình thành khi tấm phẳng bắt đầu di chuyển xuống dưới từ vị trí giữạ Trong trường hợp này, tại đầu của tấm phẳng xuất hiện xốy ban đầu và tương tác với xốy của trụ trịn ở phía trên nhưng cĩ chiều quay ngược lạị Khi tấm phẳng tiếp tục di chuyển xuống dưới, xốy ban đầutại đầu tấm phẳng này cĩ kích thước tăng lên như trong hình 4.16b. Khi tấm phẳng đạt vị trí biên thấp nhất, xốy ban đầu kết hợp với xốy phía dưới của trụ trịn
mà cĩ cùng chiều quay như trong hình 4.16c. Kết quả của sự tương tác này được nghiên cứu cụ thể với các biên độ và tần số dao động khác nhau của tấm phẳng.
Quá trình này lặp lại khi tấm phẳng di chuyển lên trên và đạt vị trí biên cao nhất, xốy từ tấm phẳng cũng tương tác với xốy phía trên của trụ trịn.
Hình 4.15: Hai dạng xốy trong bài tốn. Nét liền là xốy cùng chiều
kim đồng đồ và nét đứt là xốy ngược chiều kim đồng hồ
Xốy của trụ trịn Xốy của trụ trịn
Xốy của đầu tấm phẳng
Bởi vì tấm phẳng dao động theo một hàm điều hịa y Asin(2 f ts )nên vận tốc của tấm phẳng đạt cực đại khi tấm phẳng nằm ngang. Điều này cĩ nghĩa là khi tấm phẳng di chuyển từ vị trí biên (cao nhất hoặc thấp nhất) về vị trí giữa là quá trình tăng tốc. Ngược lại là quá trình giảm tốc khi di chuyển từ vị trí giữa ra hai
Hình 4.16: Tương tác giữaxốy ban đầu của tấm phẳng và xốy của trụ trịn khi tấm phẳng di chuyển xuống dưới trong trường hợp A=0,2D và fs=0,5; hình a khi
tấm phẳng ở vị trí nằm ngang; hình b ở vị trí giữa; hình c tấm phẳng ở vị trí thấp nhất và đang kết hợp với xốy của trụ trịn.
ạ
b.
biên. Hình 4.16a thể hiện tấm phẳng ở vị trí giữa khi đang di chuyển xuống biên dướị Xốy xuất hiện ở đầu tấm phẳng và các lớp trượt được hình thành trên bề mặt dưới của tấm phẳng được thể hiện trong hình. Khi di chuyển xuống dưới từ vị trí giữa là quá trình giảm tốc. Bởi vậy, tốc độ hình thành xốy tại đầu của tấm phẳng chậm dần.
Hơn nữa, các lớp trượt đư hình thành tại bề mặt dướicủa tấm phẳng di chuyển đến đầu của tấm phẳng. Tại thời điểm này, tại bề mặt trên của tấm phẳng thì một lớp trượt mới được hình thành và xốy tại đầu tấm phẳng cũng kết hợp với các xốy bên dưới của trụ trịn như hình 4.16c. Các lớp trượt được hình thành và di chuyển ra vị trí đầu của tấm phẳngtích lũy và hình thành xốy ban đầu thay thế cho xốy đư mất trong suốt quá trình di chuyển lên trên tiếp theo của tấm phẳng. Một quá trình tương tự lặp lại khi tấm phẳng di chuyển từ vị trí giữađến vị trí biên cao nhất.
Biên độ và tần số dao động của tấm phẳng cĩ ảnh hưởng rất lớn đến việc hình thành xốy ban đầu của tấm phẳng. Các xốy ban đầu của tấm phẳng tương tác với các xốy được hình thành từ trụ trịn và dẫn đến các loại xốy khác nhau mà cĩ thể phân thành 3 loại chính sau: