อ่าน 4 นาที
ครีบเกลียว
แผ่น ครีบเกลียว หรือที่รู้จักกันในชื่อ แผ่นครีบสครูตัน คือ ครีบรูปทรง เกลียว ที่จัดเรียงตามโครงสร้างเพื่อขัดขวาง การไหลของของเหลว ทำหน้าที่ลด ความล้า โดยการขัดขวาง กระแสน้ำวน...
ครีบเกลียว

แผ่นครีบเกลียวหรือที่รู้จักกันในชื่อแผ่นครีบสครูตันคือ ครีบรูปทรง เกลียวที่จัดเรียงตามโครงสร้างเพื่อขัดขวางการไหลของของเหลวทำหน้าที่ลดความล้าโดยการขัดขวางกระแสน้ำวนที่ก่อตัวเป็นกระแสน้ำวนคาร์มันจึง ช่วย ลดการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้น แผ่นครีบ เกลียวนี้ได้รับการคิดค้นโดยคริสโตเฟอร์ สครูตัน และ ดี.อี.เจ. วอลเช ในปี 1957 และได้รับการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะวิธีการทางวิศวกรรมสำหรับการควบคุมการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหลของอากาศและน้ำ
คำอธิบาย
ครีบเกลียวเป็นครีบที่เรียงตัวเป็นเกลียวลงมาตามโครงสร้าง[ 1 ]โดยทั่วไปจะใช้กับวัตถุทรงกระบอก[ 2 ]เช่นปล่องไฟและท่อส่งเริ่มจากหัวสกรู ครีบจะเรียงตัวไปตามโครงสร้างและขัดขวางกระแสน้ำวนที่เกิดขึ้นจากการไหลของของเหลว[ 3 ]โดยทำให้มั่นใจได้ว่าการไหลจะถูกระบายออกที่ความสูงต่างกันและไม่มีกระแสน้ำวนที่มีโครงสร้างเกิดขึ้น[ 4 ]ด้วยวิธีนี้ ครีบจะช่วยลดการสั่นสะเทือนและลดความล้า [ 5 ] มักใช้ครีบหลายอัน เนื่องจากจะช่วยลดโอกาสการเกิดกระแสน้ำวนสลับกัน[ 6 ]อาจใช้เพียงอย่างเดียวหรือใช้ร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่นแผ่นปิด[ 3 ]
ไม่จำเป็นต้องมีแผ่นเสริมแรงตลอดโครงสร้าง การลดการสั่นสะเทือนจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดในบริเวณที่มีการโก่งตัวของโครงสร้างสูงที่สุด เนื่องจากเป็นบริเวณที่มีการกระจัดของโหมดมากที่สุด และบริเวณเหล่านี้มีส่วนสำคัญที่สุดต่อการตอบสนองทางพลศาสตร์โดยรวม[ 7 ]ด้วยเหตุนี้ โครงสร้างจำนวนมากจึงถูกหุ้มด้วยแผ่นเสริมแรงแบบเกลียวเฉพาะบริเวณที่มีการสั่นสะเทือนมากที่สุด[ 8 ] และหลายแห่งจำกัดการหุ้มไว้เพียงส่วนบนหนึ่งในสามของโครงสร้าง[ 6 ]
โดยทั่วไปแล้ว ส่วนประกอบของแผ่นเกลียวจะประกอบขึ้นจากส่วนที่มีความยาวสั้นกว่า[ 9 ]ดังนั้น แผ่นเกลียวจึงมักประกอบด้วยส่วนต่างๆ หลายส่วน โดยจำนวนส่วนจะถูกกำหนดโดยความยาวของโครงสร้างที่ครอบคลุม แผ่นเกลียวโลหะจะถูกตัดจากแผ่นขนาดใหญ่ให้มีรัศมีโค้ง ตาม จำนวนรอบที่หมุนรอบกอง[ 10 ]ตามธรรมเนียมแล้ว แผ่นเกลียวจะมีระยะห่างระหว่างเกลียว 16 ถึง 17.5 Dแม้ว่าจะสามารถใช้ระยะห่างระหว่างเกลียวอื่นๆ ได้[ 11 ]
แผ่นครีบเกลียวมีความไวต่อทิศทางการไหลน้อยกว่าทางเลือกอื่น เช่น แผ่นปิด[ 2 ]อย่างไรก็ตาม แผ่นครีบเกลียวมีข้อเสียหลายประการ พวกมันเพิ่มแรงต้านเฉลี่ยอย่างมาก[ 12 ] และส่งผลให้ภาระเพิ่มขึ้น[ 6 ]แผ่นครีบเกลียวไม่มีประสิทธิภาพเมื่อโครงสร้างมีมวลต่อหน่วยความยาวไม่เพียงพอหรือมีการหน่วงโครงสร้างไม่เพียงพอ ส่งผลให้แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนไม่สามารถลดลงจนถึงระดับที่ยอมรับได้ การติดตั้งแผ่นครีบเกลียวบนโครงสร้างที่มีอยู่จะมีประสิทธิภาพน้อยลงเมื่อการไหลที่เข้ามาเป็นแบบปั่นป่วนอยู่แล้ว เนื่องจากการไหลแบบปั่นป่วนจะลดความสอดคล้องของการเกิดกระแสน้ำวนและทำให้เกิดการกระตุ้นแบบบรอดแบนด์ ซึ่งจำกัดการระงับเพิ่มเติมที่ทำได้โดยแผ่นครีบเกลียว แผ่นครีบเกลียวจะมีประสิทธิภาพน้อยลงเช่นกันเมื่อวางเรียงกันจากด้านท้ายน้ำ[ 12 ]กระแสน้ำวนด้านหลังแผ่นครีบเกลียวแรกไม่เสถียร ดังนั้นประสิทธิภาพของแผ่นครีบเกลียวที่อยู่ด้านท้ายน้ำจึงแตกต่างกันอย่างมาก แผ่นครีบเกลียวแบบสลับกันก็มีประสิทธิภาพน้อยลงเช่นกัน[ 13 ]การมีโครงสร้างที่ตั้งฉากกับทรงกระบอกจะลดประสิทธิภาพของครีบลงด้วย[ 14 ]
โดยทั่วไปแล้วครีบเกลียวถือเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ประหยัดสำหรับการลดการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหล อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถถือได้ว่ามีประสิทธิภาพในทุกกรณี ประสิทธิภาพของครีบเกลียวขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์โครงสร้างและอากาศพลศาสตร์อย่างมาก และจะถือว่าเชื่อถือได้ก็ต่อเมื่อมีมวลโครงสร้างและการหน่วงที่เพียงพอ และการหลุดของกระแสน้ำวนที่สอดคล้องกันยังคงเป็นกลไกการกระตุ้นหลัก ในกรณีที่เงื่อนไขเหล่านี้ไม่เป็นไปตามที่กำหนด แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนอาจยังคงสูงเกินไปแม้จะมีครีบเกลียวอยู่ก็ตาม ในสถานการณ์เช่นนี้ อาจจำเป็นต้องใช้มาตรการลดการสั่นสะเทือนทางเลือกอื่นที่เพิ่มการหน่วงแบบโมดอลที่มีประสิทธิภาพ เช่นตัวหน่วงมวลที่ปรับแต่งแล้วเพื่อให้ได้ระดับการสั่นสะเทือนที่ยอมรับได้[ 15 ]
ประวัติศาสตร์
โครงสร้างที่เรียวบางมีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายจากความล้าเนื่องจากการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวน [ 16 ]ซึ่งเป็นผลมาจากการไหลของของเหลวภายนอกที่สร้างกระแสน้ำวนคาร์มัน – ชุดของกระแสน้ำวนสลับกัน – อยู่ด้านหลัง[ 17 ]ด้วยเหตุนี้ จึงมีการวิจัยอย่างกว้างขวางเพื่อทำความเข้าใจและระงับการสั่นสะเทือนเหล่านี้ ซึ่งจะช่วยลดความเสียหายต่อโครงสร้างที่สัมผัสกับ การไหล ของอากาศและน้ำรูปทรงเรขาคณิตจำนวนมากได้รับการเสนอให้เป็นวิธีการแบบพาสซีฟในการลดการสั่นสะเทือน[ 16 ]รวมถึงสายตัดและแผ่นแยก[ 18 ]วิธีการอื่นๆ เช่น วิธีการทางไฟฟ้า การสั่นแบบหมุน และการควบคุมแบบป้อนกลับ ได้ถูกนำมาใช้เป็นวิธีการแบบ แอคทีฟ [ 19 ]

ในปี พ.ศ. 2490 คริสโตเฟอร์ สครูตัน และ ดี.อี.เจ. วอลเช จากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์แห่งชาติในสหราชอาณาจักร ได้สำรวจการใช้แผ่นครีบเกลียวที่มีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเป็นวิธีการระงับการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวนโดยการขัดขวางกระบวนการเกิดกระแสน้ำวน[ 20 ]หลังจากความสำเร็จของการทดลองนี้ ซึ่งทำให้แผ่นครีบเกลียวบางครั้งเป็นที่รู้จักในชื่อแผ่นครีบสครูตัน[ 1 ]นักวิจัยรุ่นต่อมาได้พยายามปรับปรุงประสิทธิภาพของแผ่นครีบและสำรวจประสิทธิผลของการออกแบบในน้ำ[ 21 ]แผ่นครีบเริ่มถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงทศวรรษที่ 1960 ในฐานะองค์ประกอบของวิศวกรรมลมรุ่นที่ใช้ในมหาสมุทรได้รับการแนะนำในช่วงทศวรรษที่ 1970 [ 22 ]แผ่นครีบกลายเป็น "หนึ่งในวิธีการที่ประสบความสำเร็จและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการระงับการเกิดกระแสน้ำวน" [ 23 ]
การวิจัยเกี่ยวกับครีบได้ตรวจสอบผลกระทบขององค์ประกอบต่างๆ ต่อประสิทธิภาพการออกแบบ ซึ่งรวมถึงไม่เพียงแต่ระยะห่าง ความสูง ความหนาแน่น และรูปร่างของครีบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจำนวนหัวสกรูเริ่มต้นอีกด้วย โดยทั่วไปแล้ว พบว่าครีบที่สูงกว่าและการออกแบบแบบสามเกลียวจะมีประสิทธิภาพมากกว่าทั้งในสภาพแวดล้อมทางอากาศและทางน้ำ[ 5 ]การศึกษาหลายชิ้นได้ตรวจสอบศักยภาพของรูปทรงเรขาคณิตใหม่ที่มุ่งลดผลกระทบของครีบต่อแรงต้าน การออกแบบใหม่ที่เสนอได้แก่ ครีบหยัก[ 24 ]รวมถึงครีบเกลียวกลับหัวซึ่งการไหลถูกรบกวนไม่ใช่โดยครีบ แต่โดยร่องที่ยื่นออกมาภายใน[ 25 ]
เอกสารอ้างอิง
- Allen, Don W.; Liapis, Stergios (1 กันยายน 2014). "การทดสอบแผ่นเกลียวชี้ให้เห็นแนวทางแก้ไข VIV". นอกชายฝั่ง . 74 (9): 84– 86.
- Assi, Gustavo RS; Crespi, Tomasso (2020). "การเปรียบเทียบแผ่นครีบเกลียวหยักในการลดการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวนของทรงกระบอกวงกลม" ใน Saenz, Adan Vega; Couce, Luis Carral; Arenas, Jymmy Saravia (บรรณาธิการ). รายงานการประชุมนานาชาติว่าด้วยการออกแบบเรือและวิศวกรรมกองทัพเรือครั้งที่ 6 (CIDIN) และการประชุมวิศวกรรมกองทัพเรือ การขนส่งทางทะเล และวิศวกรรมท่าเรือแห่งอเมริกาครั้งที่ 26 (COPINAVAL) Springer. หน้า 287–298 . ISBN 978-3-030-35963-8.
- ไป่ หยง; ไป่ ฉาง (2005). ท่อส่งและท่อลำเลียงใต้ทะเล . เอลเซเวียร์. ISBN 978-0-08-044566-3.
- เอสโค, คีธ (2011). คู่มือการซ่อมภาคสนามสำหรับถังความดันและปล่องควัน . เอลเซเวียร์. ISBN 978-0-08-055918-6.
- เฟลด์ไมเออร์, อาคิม (2020). พลศาสตร์ของไหลเชิงทฤษฎี . สปริงเกอร์. ISBN 978-3-030-31022-6.
- คิลเนอร์, แอนดรูว์ เอ.; เคิร์ตส์, ฟิล; พอตต์ส, ดักลาส; จอห์นสโตน, แดเนียล; พอตต์ส, แอนดรูว์ อี.; มาร์คอลโล, เฮย์เดน (กุมภาพันธ์ 2018). ประสิทธิภาพของแผ่นกันกระแทกแบบเกลียวกลับด้าน . การประชุมวิชาการนอกชายฝั่งครั้งที่ 23. ฮิวสตัน, เท็กซัส.
- มาตรฐานปล่องไฟเหล็ก – มาตรฐานปล่องไฟซิซินด์ (ฉบับที่ 2) เรทิงเงน ประเทศเยอรมนี: ซิซินด์ 2010 ISBN 978-1-902998-16-9.
- Naudascher, Eduard; Rockwell, Donald (2012). การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหล: คู่มือทางวิศวกรรม . Courier Corporation. ISBN 978-0-486-13613-4.
- Rashidi, Saman; Hayatdavoodi, Masoud; Esfahani, Javad Abolfazli (2016). "การระงับการเกิดกระแสน้ำวนและการควบคุมร่องรอยน้ำ: บทวิจารณ์"วิศวกรรมมหาสมุทร 126 : 57– 80. Bibcode : 2016OcEng.126 ...57R . doi : 10.1016/j.oceaneng.2016.08.031 .
- Xu, Wanhai (2022). "การเกิดกระแสน้ำวนและการระงับ VIV". ใน Cui, Weicheng; Fu, Shixiao; Hu, Zhiqiang (บรรณาธิการ). สารานุกรมวิศวกรรมมหาสมุทร . Springer. หน้า 2103–2111 . ISBN 978-981-10-6946-8.
- Xu, Wan-hai; Luan, Ying-sen; Liu, Li-qin; Wu, Ying-xiang (2017). "อิทธิพลของรูปทรงหน้าตัดของครีบเกลียวต่อการระงับการสั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวนสำหรับทรงกระบอกยืดหยุ่นยาว" (PDF)วิศวกรรมมหาสมุทรจีน31 (4): 438– 446. Bibcode : 2017ChOE...31..438X . doi : 10.1007/s13344-017-0050-1 . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 2024 . สืบค้นเมื่อ26 มิถุนายน 2025 .
- Xu, Wan-hai; Ma, Ye-Xuan (2024). "บทวิจารณ์เกี่ยวกับการควบคุมการสั่นสะเทือนของกระบอกสูบหลายอันที่อยู่ภายใต้การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไหล"วิศวกรรมมหาสมุทรจีน38 (2): 183– 197. Bibcode : 2024ChOE...38..183X . doi : 10.1007/s13344-024-0016-z .
- Zdravkovich, MM (1981). "การทบทวนและการจำแนกประเภทของวิธีการทางอากาศพลศาสตร์และอุทกพลศาสตร์ต่างๆ สำหรับการระงับการเกิดกระแสน้ำวน" วารสารวิศวกรรมลมและอากาศพลศาสตร์อุตสาหกรรม 7 ( 2): 145– 189. Bibcode : 1981JWEIA...7..145Z . doi : 10.1016/0167-6105(81)90036-2 .
- Zdravkovich, MM (1997). การไหลรอบทรงกระบอกกลมเล่ม 2 สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ISBN 978-0-19-856561-1.
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ครีบเกลียว
แผ่น ครีบเกลียว หรือที่รู้จักกันในชื่อ แผ่นครีบสครูตัน คือ ครีบรูปทรง เกลียว ที่จัดเรียงตามโครงสร้างเพื่อขัดขวาง การไหลของของเหลว ทำหน้าที่ลด ความล้า โดยการขัดขวาง กระแสน้ำวน...
คำอธิบาย
ครีบเกลียวเป็นครีบที่เรียง ตัวเป็นเกลียว ลงมาตามโครงสร้าง [ 1 ] โดยทั่วไปจะใช้กับวัตถุทรงกระบอก [ 2 ] เช่น ปล่องไฟ และ ท่อส่ง เริ่มจากหัวสกรู ครีบจะเรียงตัวไปตามโครงสร้างและขัดขวาง กระแสน้ำวน ที่เกิดขึ้นจาก การไหลของของเหลว [ 3 ]...
ประวัติศาสตร์
โครงสร้างที่เรียวบางมีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหายจากความล้าเนื่องจาก การ สั่นสะเทือนที่เกิดจากกระแสน้ำวน [ 16 ] ซึ่งเป็นผลมาจากการไหลของของเหลวภายนอกที่สร้าง กระแสน้ำวนคาร์มัน – ชุดของกระแสน้ำวนสลับกัน – อยู่ด้านหลัง [ 17 ] ด้วยเหตุนี้...
เอกสารอ้างอิง
Allen, Don W.; Liapis, Stergios (1 กันยายน 2014). "การทดสอบแผ่นเกลียวชี้ให้เห็นแนวทางแก้ไข VIV". นอกชายฝั่ง . 74 (9): 84– 86. Assi, Gustavo RS; Crespi, Tomasso (2020).