本文選題：樹葉 + 形狀重構(gòu)　； 參考：《力學學報》2017年02期

【摘要】：樹葉的空氣動力與流固耦合特性研究在樹木保護、新發(fā)電技術開發(fā)、太陽能帆板設計等方面具有重要意義.Vogel首次發(fā)現(xiàn)樹葉在較高風速下具有形狀重構(gòu)以避免受損害的能力.Vogel實驗時葉柄端部是簡支的,與葉柄與樹枝的自然連接方式不同.在本文的研究中,葉柄端部是固支的,葉片垂直懸掛,正面或反面迎風.在風速0～27 m/s范圍內(nèi),存在兩種葉片靜止狀態(tài),即飛翼形穩(wěn)定和錐形穩(wěn)定;還有3種葉片振動狀態(tài),即低頻擺動、第1和第2高頻振動.這5種狀態(tài)由5個臨界風速決定.通過70余片樹葉測試結(jié)果的統(tǒng)計,得到了樹葉每個狀態(tài)存在的概率,及每個臨界風速的期望值.流動顯示發(fā)現(xiàn)樹葉變形后其尾流中存在旋渦脫落現(xiàn)象.天平測量發(fā)現(xiàn)葉片阻力系數(shù)隨葉片雷諾數(shù)的增大而減小并逐漸接近于0.1.引入懸臂梁模型,采用測量的葉片氣動力,對葉柄靜態(tài)彎曲形狀進行計算,結(jié)果表明當風速由0逐漸增至5 m/s時,葉柄向下游彎曲迅速;但風速由5 m/s進一步增大時,向下游的彎曲則變慢.
[Abstract]:Study on aerodynamic and fluid-solid coupling characteristics of leaves in tree protection, new power generation technology development, Vogel found for the first time that leaves have the ability of shape reconstruction to avoid damage under higher wind speed. In Vogel's experiment, the tip of the petiole is simply supported, which is different from the natural connection between the petiole and the branch. In the present study, the tip of the petiole is fixed, the blade is suspended vertically and the front or opposite is upwind. In the range of 0 ~ 27 m / s of wind speed, there are two kinds of blade static states, namely, flying airfoil stability and conical stability, and three kinds of blade vibration states, I. e., low-frequency swing, the first and the second high frequency vibration. These five states are determined by five critical wind speeds. Through the statistics of more than 70 leaf test results, the probability of each state of leaf and the expected value of each critical wind speed are obtained. The flow showed that vortex shedding occurred in the wake of leaves after they were deformed. The balance measurement shows that the blade resistance coefficient decreases with the increase of Reynolds number and approaches to 0.1. The cantilever beam model was introduced and the blade aerodynamic force was used to calculate the static bending shape of the petiole. The results show that when the wind speed increases gradually from 0 to 5 m / s, the stem bends rapidly downstream, but when the wind speed increases from 5 m / s to 5 m / s, the blade shank bends rapidly when the wind speed increases from 5 m / s to 5 m / s. The bend downstream is slower.
【作者單位】： 中國計量大學流體檢測與仿真研究所;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(11172286)
【分類號】：O355

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本文編號：1905284