فهرست علائم و نشانه‌ها ‌ف
فصل 1- مقدمه… 1
1-1- مقدمه….. 2
1-2- هدف از این تحقیق 2
1-3- ساختار تحقیق 2
فصل 2- تعاریف و مبانی نظری 4
2-1- مقدمه….. 5
2-2- تشکیل گردابه 5
2-3- تأثیر عدد رینولدز بر روند تشکیل گردابه‌ها 6
2-4- نوسان ناشی از گردابه 8
2-5- تقویت اندرکنش سازه و سیال 11
2-5-1- پدیده همزمانی گردابه‌ها 11
2-5-2- پدیده قفل شدگی 12
2-6- استفاده از ادوات حذف کننده ارتعاش 12
2-7- تیغه‌های حلزونی 16
2-7-1- عملکرد……………………………………………………………………………………………………………………………………….17
2-7-2- پیکربندی ………. 18
فصل 3- مروری مختصر بر ادبیات فنی 17
3-1- مقدمه …. 18
3-2- مطالعات انجام شده پیرامون نوسانات ناشی از گردابه در استوانه ساده 18
3-2-1- سیستم با نسبت میرایی- جرم بالا 18
3-2-2- سیستم با نسبت جرم- میرایی پایین 20
3-3- مطالعات انجام شده پیرامون نوسانات ناشی از گردابه در استوانه ساده مایل 26
3-3-1- مطالعات انجام‌شده پیرامون استوانه مایل 26
3-3-2- دامنه و فرکانس پاسخ استوانه مایل سوار شده بر فنر ارتجاعی 32
3-4- مطالعات انجام شده پیرامون چینش پشت‌هم استوانه‌ها 34
فصل 4- برپایی مدل آزمایشگاهی 39
4-1- مقدمه … 40
4-2- حوضچه یدک 40
4-3- نمونه‏های مورد آزمایش 41
4-4- سیستم نگهدارنده استوانه‏ها 43
4-5- حس‌گر‏ها و دستگاه ثبت داده 45
4-6- تجهیزات مورد استفاده جهت تعیین مشخصات سازه‏ای سیستم ارتجاعی 47
4-7- ضرایب کالیبراسیون، میرایی و سختی سیستم ارتجاعی 49
4-8- سیستم‏های ارتجاعی مورد بررسی به همراه فرکانس طبیعی آن‌ها در آب 51
4-9- نحوه محاسبه دامنه نوسان 54
4-10- نحوه محاسبه فرکانس 55
فصل 5- بحث و بررسی مدل آزمایشگاهی استوانه منفرد 58
5-1- مقدمه … 59
5-2- صحت‌سنجی و مقایسه با کارهای دیگر محققین 59
5-3- نتایج مربوط به استوانه قائم 61
5-4- نتایج مربوط به استوانه‌های مایل 63
5-4-1- استوانه ساده 63
5-4-2- استوانه‌های مایل درای تیغه حلزونی 67
5-5- اعتبار اصل استقلال در استوانه‌های مایل 69
5-6- مقایسه‌ی زوایای تمایل مثبت و منفی 72
5-7- محاسبه ضریب نیروی برآیی 74
5-8- استفاده از تبدیل هیلبرت در تحلیل نوسانات 77
فصل 6- بحث و بررسی مدل آزمایشگاهی استوانه پشت‌هم 83
6-1- مقدمه … 84
6-2- نتایج مربوط به استوانه‌های ساده قائم پشت‌هم 84
6-3- نتایج مربوط به مایل با زاویه ○20 پشت‌هم 90
6-4- نتایج مربوط به مایل با زاویه ○45 پشت‌هم 96
فصل 7- نتیجه گیری و پیشنهادهایی برای مطالعات آتی 102
7-1- نتیجه گیری 103
7-2- پیشنهاد برای مطالعات آتی 106
فهرست مراجع 107
واژه‌نامه فارسی به انگلیسی 109
واژه نامه انگلیسی به فارسی 110


فهرست جدول‌ها
عنوان صفحه
جدول ‏1‑1: پارامترهای بکار رفته در این تحقیق 10
جدول ‏3‑1: مشخصات حوضچه یدک 40
جدول ‏3‑2: مشخصات نمونه‌ی استوانه ساده 42
جدول ‏3‑3: مشخصات نمونه‌ی استوانه‌ای دارای تیغه‌ی حلزونی 42
جدول ‏3‑4: مشخصات ورق انتهایی 43
جدول ‏3‑5: مشخصات ورق فنری 44
جدول ‏3‑6: شیب نمودار کرنش- نیرو (N) 49
جدول ‏3‑7: شیب نمودار کرنش – جابجایی (cm) 50
جدول ‏3‑8: تعیین سختی سازه 50
جدول ‏3‑9: میرایی نسبی سازه در هوا با استفاده از رابطه 3-1 51
جدول ‏3‑10: مشخصات نهایی سیستم‌های سازه‌ای منفرد 53
جدول ‏3‑11: مشخصات نهایی سیستم‌های سازه‌ای پشت‌هم 54

فهرست شکل‌‌ها
عنوان صفحه
شکل ‏1‑1: شکل‌گیری لایه مرزی بر روی یک استوانه، جداشدگی آن و تشکیل چرخابه در ناحیه پشت استوانه 5
شکل ‏1‑2: تشکیل گردابه در ناحیه پشت یک استوانه (Gerrad, 1966) 6
شکل ‏1‑3: الگوی جریان در اطراف مقطع یک استوانه قائم ساکن در ازای تغییر در عدد رینولدز (LEAP Australia CFD team ) 7
شکل ‏1‑4: استوانه صلب سوار بر یک سیستم فنر-میراگر در جریان آزاد (Jain and Modares-Sadeghi, 2011) 8
شکل ‏1‑5:نمایش سه شاخه اصلی در پاسخ به تشکیل گردابه‌ها و محدوده هم‌زمانی در گردابه‌ها (Lucor et al., 2005) 12
شکل ‏1‑6: استفاده از تیغه‌های فلزی در دودکش به منظور حذف نوسانات ناشی از گردابه 13
شکل ‏1‑7: تجهیزات متفاوت به منظور حذف نوسانات ناشی از گردابه 13
شکل ‏1‑8: الگوی جریان پشت استوانه ساده 15
شکل ‏1‑9: الگوی جریان پشت استوانه دارای نوار 15
شکل ‏1‑10: تیغه‌های حلزونی 17
شکل ‏1‑11: استفاده از تیغه حلزونی به منظور کنترل تولید گردابه 17
شکل ‏1‑12: پارامترهای هندسی تیغه حلزونی ( DNV، 2010) 18
شکل ‏1‑13: نمونه‌ای از تیغه‌های حلزونی با 3 تیغه (Allen et al., 2008) 19
شکل ‏2‑1: مشخصه‌های نوسان استوانه در آزمایش تونل باد با 36/0 (Feng, 1986) 20
شکل ‏2‑2: دامنه پاسخ استوانه. (▪) مشاهدات Khalak and   Williamson (1997b) با 013/0 در آب و (◊) مشاهدات Feng (1986) با 36/0 در هوا. (Khalak and Williamson, 1997b) 21
شکل ‏2‑3: دامنه پاسخ. (●) برای 0014/0 ؛ (○) برای 0032/0 (Govardhan and Williamson, 2000) و (●= نقطه قرمز) برای 00016/0 (Brankovic and Bearman, 2006). (Brankovic and Bearman, 2006) 22
شکل ‏2‑4: دامنه بیشینه شاخه بالایی و پایینی در های متفاوت. (▪) دامنه بیشینه شاخه بالایی (Khalak andWilliamson, 1997a)؛ (∆) دامنه بیشینه شاخه پایینی (Khalak and Williamson, 1997a)؛ (○) دامنه بیشینه 22
شکل ‏2‑5: فرکانس بی‌بعد شده بر اساس سرعت اصلاح‌شده در 013/0 (Khalak and Williamson, 1997a). 23
شکل ‏2‑6: پدیده قفل شدگی مشاهده شده در نسبت جرم‌های متفاوت: (017/0 )3/10 و (019/0 )6/20 (Khalak and Williamson, 1997a). 24
شکل ‏2‑7: ضرایب نیروی پسایی و برآیی بر حسب سرعت اصلاح‌شده، برای (013/0 ) 1/10 (Khalak and Williamson, 1997b). 25
شکل ‏2‑8: استوانه مایل در معرض جریان افقی و مؤلفه‌های عمود و در راستای محور استوانه سرعت جریان (Jain and Modarres-Sadeghi, 2014). 26
شکل ‏2‑9: عدد استروهال عمود برای استوانه ثابت در زوایای تمایل متفاوت (Surry and surry, 1967). 26
شکل ‏2‑10: مشاهده جریان در پشت استوانه‌ ثابت مایل در تونل باد (Rember, 1983). 27
شکل ‏2‑11: دامنه حداکثر و r.m.s دامنه بر حسب سرعت اصلاح‌شده. در این تصویر با نمایش داده شده است (Lucor and Karniadakis, 2003). 28
شکل ‏2‑12: ضریب نیروی پسایی (CD(mean)) بر حسب سرعت اصلاح‌شده(Lucor and Karnadiakis, 2003). 29
شکل ‏2‑13: ضریب نیروی برآیی (CL(r.m.s)) بر حسب سرعت اصلاح‌شده(Lucor and Karnadiakis, 2003). 30
شکل ‏2‑14: گردابه‌های پشت استوانه‌‌ای که در مخزن آب کشیده می‌شوند. (a) ، (b) و © (Thakur et al., 2004). 31
شکل ‏2‑15: تأثیر زاویه تمایل بر: (a) عدد استروهال، (b) ضریب نیروی پسایی، © ضریب نیروی برآیی؛ (d)، (e) و (f) نسبت ضرایب بی‌بعد شده بعد از اعتبار IP به مقدار واقعی آن‌ها. (Willden and Guerbi, 2010) 32
شکل ‏2‑16: ترسیم دامنه بی‌بعد شده بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای ○0 (●) ، ○20 (∆) و ○45 ( ) برای 0125/0 (Jain and Modarres-Sadeghi, 2012 بر اساس داده‌های Franzini et al., 2009). 33
شکل ‏2‑17: ترسیم فرکانس بی‌بعد شده بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای ○0 (●) ، ○20 (∆) و ○45 ( ) برای 0125/0 (Jain and Modarres-Sadeghi, 2012 بر اساس داده‌های Franzini et al., 2009). 34
شکل ‏2‑18: نقشه محدوده‌های تداخل دو استوانه (Zdarvkivich 1988) 35
شکل ‏2‑19: دامنه پاسخ‌های عمود بر جهت جریان برای استوانه پایین‌دست در سرعت‌های اصلاح‌شده (Bearman, 2011) 36
شکل ‏2‑20: اثر فاصله مرکز به مرکز و سرعت اصلاح‌شده بر دامنه ارتعاشات (Bearman, 2011) 37
شکل ‏2‑21: اثر ناحیه سایه پایدار بر ارتعاشات عمود بر جهت جریان در استوانه‌های پشت‌هم (Bearman, 2011) 37
شکل ‏2‑22: نحوه ایجاد نیروهای عرضی ناپایدار بر استوانه پایین‌دست برای سرعت‌های اصلاح‌شده بالاتر از تشدید (Assi et al., 2010). 38
شکل ‏3‑1: حوضچه یدک آزمایشگاه مهندسی دریای دانشگاه شریف 41
شکل ‏3‑2: سیستم تعیین و کنترل سرعت حوضچه یدک 41
شکل ‏3‑3: تصویر شماتیک از لوله‌ی دارای تیغه‌ی حلزونی 42
شکل ‏3‑4: نمونه‌های مورد آزمایش 43
شکل ‏3‑6: نمایش زوایای مختلف تمایل. (الف) زاویه تمایل منفی . (ب) زاویه تمایل مثبت 44
شکل ‏3‑7: سیستم ارتجاعی به همراه سیستم صلب فلزی در بالادست 45
شکل ‏3‑8: نحوه قرارگیری کرنش‌سنج‌ها بر روی ورق‌های فنری 45
شکل ‏3‑9: کرنش سنج نصب شده بر روی قسمت انتهای بالایی استوانه به منظور محاسبه نیروی سیال 46
شکل ‏3‑10: دستگاه ثبت کرنش مورد استفاده (با تشکر از شرکت طازند) 46
شکل ‏3‑11: قاب صلب جهت تعیین سختی و میرایی سیستم ارتجاعی 47
شکل ‏3‑12: نمودار کرنش- نیرو جهت کالیبره نمودن کرنش‌سنج‌ها برای بارگذاری اول 48
شکل ‏3‑13: نمودار کرنش- جابجایی جهت کالیبره نمودن کرنش‌سنج‌ها برای بارگذاری اول 48
شکل ‏3‑14: نمودار نیرو- جابجایی جهت تعیین سختی سازه برای بارگذاری اول 49
شکل ‏3‑15: نمودار تاریخچه زمانی ارتعاش آزاد یا جابجایی اولیه 10 سانتی‌متر 50
شکل ‏3‑16: نمودار تاریخچه زمانی ارتعاش آزاد فرضی 51
شکل ‏3‑17: تاریخچه زمانی ارتعاش آزاد استوانه ساده به همراه ورق انتهایی در آب 52
شکل ‏3‑18: استفاده از تبدیل هیلبرت در تعیین دامنه جابجایی حداکثر 55
شکل ‏3‑19: تاریخچه زمانی ارتعاشات استوانه BC00 در راستای عمود بر جریان و PSD متناظر با آن 57
شکل ‏4‑1: نمودار دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D)در راستای عمود بر جریان بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه (BC00) 60
شکل ‏4‑2: نمودار نسبت فرکانس (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده قائم (BC00) 61
شکل ‏4‑3: نمودار دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده قائم (BC00) و استوانه دارای تیغه‌ی حلزونی قائم (HC00) 62
شکل ‏4‑4: نمودار نسبت فرکانس (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده قائم (BC00) و استوانه دارای تیغه‌ی حلزونی قائم (HC00) 62
شکل ‏4‑5: (الف) دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زاویه تمایل ○20 (BC20). (ب) فرکانس نسبی (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زاویه تمایل ○20 (BC20). 64
شکل ‏4‑6: : (الف) دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زاویه تمایل ○45 (BC45). (ب) فرکانس نسبی (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زاویه تمایل ○45 (BC45). 65
شکل ‏4‑7: دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زوایای تمایل ○0 (BC00)، ○20 (BC20) و ○45 (BC45) 66
شکل ‏4‑8: فرکانس نسبی (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زوایای تمایل ○0 (BC00)، ○20 (BC20) و ○45 (BC45) 66
شکل ‏4‑9: (الف) دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زا وای تمایل ○0 (BC00) و ○20 (BC20) و استوانه با تیغه حلزونی با زاویه تمایل ○20 (HC20). (ب) فرکانس نسبی (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زوایای تمایل ○0 (BC00) و ○20 (BC20) و استوانه با تیغه حلزونی با زاویه تمایل ○20 (HC20). 68
شکل ‏4‑10: (الف) دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زا وای تمایل ○0 (BC00) و ○45 (BC45) و استوانه با تیغه حلزونی با زاویه تمایل ○45 (HC45). (ب) فرکانس نسبی (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده برای استوانه ساده با زوایای تمایل ○0 (BC00) و ○45 (BC45) و استوانه با تیغه حلزونی با زاویه تمایل ○45 (HC45). 69
شکل ‏4‑11: (الف) دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده‌ی قائم برای استوانه ساده با زا وای تمایل ○0 (BC00) ، ○20 (BC20) و ○45 (BC45). (ب) فرکانس نسبی (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده‌ی قائم برای استوانه ساده با زا وای تمایل ○0 (BC00) ، ○20 (BC20) و ○45 (BC45). 70
شکل ‏4‑12: : (الف) دامنه‌ی بی بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده‌ی قائم برای استوانه‌ی دارای تیغه‌ی حلزونی با زا وای تمایل ○0 (BH00) ، ○20 (BH20) و ○45 (BH45). (ب) فرکانس نسبی (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده‌ی قائم برای استوانه ساده با زا وای تمایل ○0 (BH00) ، ○20 (BH20) و ○45 (BH45). 71
شکل ‏4‑13: دامنه بی‌بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده (U*) برای استوانه ساده و استوانه‌ی دارای تیغه‌های حلزونی با زاویه تمایل ○20± 72
شکل ‏4‑14: فرکانس نسبی نوسان (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده (U*) برای استوانه ساده و استوانه‌های دارای تیغه‌های حلزونی با زاویه تمایل ○20± 73
شکل ‏4‑15: دامنه بی‌بعد نوسان (A/D) بر حسب سرعت اصلاح‌شده (U*) برای استوانه ساده و استوانه‌ی دارای تیغه‌های حلزونی با زاویه تمایل ○45± 73
شکل ‏4‑16: فرکانس نسبی نوسان (f*) بر حسب سرعت اصلاح‌شده (U*) برای استوانه ساده و استوانه‌ی دارای تیغه‌های حلزونی با زاویه تمایل ○45± 74
شکل ‏4‑17: ضریب نیروی برآیی (CL(RMS)) بر حسب سرعت اصلاح‌شده (U*) برای استوانه ساده قائم (BC00) 74
شکل ‏4‑18: ضریب نیروی برآیی (CL(RMS)) بر حسب سرعت اصلاح‌شده (U*) را به ترتیب برای استوانه ساده با زاویه تمایل 20± 75
شکل ‏4‑19: ضریب نیروی برآیی (CL(RMS)) بر حسب سرعت اصلاح‌شده (U*) را به ترتیب برای استوانه ساده با زاویه تمایل 45± 75
شکل ‏4‑20: ، ضریب نیروی برآیی (CL(RMS)) بر حسب سرعت اصلاح‌شده قائم ( ) برای زاویه تمایل ○0 (BC00)، زاویه تمایل ○20 (BC20) و زاویه تمایل ○45 (BC45) 76
شکل ‏4‑21: ضریب نیروی برآیی (CL(RMS)) بر حسب سرعت اصلاح‌شده قائم ( ) برای استوانه ساده با زاویه 20 درجه (BC20) و استوانه حلزونی با زاویه 20 درجه (HC20) 76
شکل ‏4‑22: اختلاف فاز بین نیرو و جابجایی برای سرعت‌های اصلاح‌شده مختلف در استوانه ساده قائم 79
شکل ‏4‑23: ترسم تبدیل هیلبرت (صفحه فاز) تاریخچه زمانی نوسان برای سه شاخه اصلی 82
شکل ‏5‑1: پاسخ استوانه ساده منفرد (TBC00) 86
شکل ‏5‑2: پاسخ استوانه‌های قائم پشت‌هم با فاصله D2 برای حالت بالادست (TBC00-2D-F) و پایین‌دست (TBC00-2D-R) 87
شکل ‏5‑3: پاسخ استوانه‌های قائم پشت‌هم با فاصله D3 برای حالت بالادست (TBC00-3D-F) و پایین‌دست (TBC00-3D-R) 88
شکل ‏5‑4: پاسخ استوانه‌های قائم پشت‌هم با فاصله D4 برای حالت بالادست (TBC00-6D-F) و پایین‌دست (TBC00-6D-R) 89
شکل ‏5‑5: پاسخ استوانه‌های قائم پشت‌هم با فاصله D6 برای حالت بالادست (TBC00-6D-F) و پایین‌دست (TBC00-6D-R) 90
شکل ‏5‑6: (الف) زاویه تمایل منفی (F). (ب) زاویه تمایل مثبت® 91
شکل ‏5‑7: پاسخ استوانه‌ی ○20 درجه تکی برای حالت بالادست (TBC20-F) و پایین‌دست (TBC20-R) 92
شکل ‏5‑8: پاسخ استوانه‌های ○20 پشت‌هم با فاصله D2 برای حالت بالادست (TBC20-2D-F) و پایین‌دست (TBC20-2D-R) 93
شکل ‏5‑9: پاسخ استوانه‌های ○20 پشت‌هم با فاصله D3 برای حالت بالادست (TBC20-3D-F) و پایین‌دست (TBC20-3D-R) 94
شکل ‏5‑10: پاسخ استوانه‌های ○20 پشت‌هم با فاصله D4 برای حالت بالادست (TBC20-4D-F) و پایین‌دست (TBC20-4D-R) 95
شکل ‏5‑11: پاسخ استوانه‌های ○20 پشت‌هم با فاصله D6 برای حالت بالادست (TBC20-6D-F) و پایین‌دست (TBC20-6D-R) 96
شکل ‏5‑12: پاسخ استوانه‌ی ○45 درجه تکی برای حالت بالادست (TB45-F) و پایین‌دست (TBC45-R) 98
شکل ‏5‑13: پاسخ استوانه‌های ○45 پشت‌هم با فاصله D2 برای حالت بالادست (TBC45-2D-F) و پایین‌دست (TBC45-2D-R) 99
شکل ‏5‑14: پاسخ استوانه‌های ○45 پشت‌هم با فاصله D3 برای حالت بالادست (TBC45-3D-F) و پایین‌دست (TBC45-3D-R) 100
شکل ‏5‑15: پاسخ استوانه‌های ○45 پشت‌هم با فاصله D4 برای حالت بالادست (TBC45-4D-F) و پایین‌دست (TBC45-4D-R) 101
شکل ‏5‑16: پاسخ استوانه‌های ○45 پشت‌هم با فاصله D6 برای حالت بالادست (TBC45-6D-F) و پایین‌دست (TBC45-6D-R) 102

فهرست علائم و نشانه‌ها