银杏树叶的气动特性研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xiomantou_3737
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本文对银杏树叶随着风速增加时的变形、振动、状态变化以及气动力进行了研究。所涉及的几何参数包括叶片的叶基角和凹痕深度,以及叶柄的长宽比。研究的物理参数包括叶片的雷诺数、叶柄的弹性模量与叶片的抗弯强度。  (1) 银杏树叶在风速 0~20m/s内经历了以下 6个临界状态依次为:低频摆动、第一次稳定、中频振动、第二次稳定、高频振动、第三次稳定。树叶稳定时的截面形状,主要包括 U型、S型、σ型与ω型、长筒型、喇叭型。相同风速下树叶的叶基角越大,树叶存在稳态的概率越高。具有较深凹痕的叶片相比于较带有较浅凹痕的叶片更容易在风中保持稳定。  (2) 银杏树叶的阻力系数随着雷诺数的增大逐渐减小,当雷诺数达到4×104时最终趋于一个稳定值。随着风速的增大,叶柄开始弯曲,叶柄角与叶片角逐渐增大使得叶片的迎风面积减小。阻力系数随着叶片角与叶柄角的增大而减小。实验中测得在风速为2~9m/s范围内的Vogel系数α1=-1.4~-0.7,风速为10~16m/s范围内的Vogel系数α2= -0.4~0.7。  (3) 银杏树叶存在三种振动模式,振动模式是影响振动频率的主要因素。当振动模式一致时振动频率随着叶基角的增加而减小,随着风速的增大而增大。当树叶的振动频率与叶柄的固有频率一致时,树叶会出现锁频振动现象。  (4) 利用悬臂梁模型对银杏树叶的叶片的抗弯强度与叶柄的弹性模量进行测量,得到叶柄的弹性模量主要集中在(1.6×108~4.1×108)N/m 2之间,叶片的抗弯强度主要在4×10-7~8×10-7N/m 2的范围内。
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