邵传平 朱园园

(中国计量大学流体检测与仿真研究所，杭州310018)

鹅掌楸树叶在风中的变形与振动1)

邵传平2)朱园园

(中国计量大学流体检测与仿真研究所，杭州310018)

树叶的空气动力与流固耦合特性研究在树木保护、新发电技术开发、太阳能帆板设计等方面具有重要意义.Vogel首次发现树叶在较高风速下具有形状重构以避免受损害的能力.Vogel实验时叶柄端部是简支的，与叶柄与树枝的自然连接方式不同.在本文的研究中，叶柄端部是固支的，叶片垂直悬挂，正面或反面迎风.在风速0～27m/s范围内，存在两种叶片静止状态,即飞翼形稳定和锥形稳定;还有3种叶片振动状态，即低频摆动、第1和第2高频振动.这5种状态由5个临界风速决定.通过70余片树叶测试结果的统计，得到了树叶每个状态存在的概率，及每个临界风速的期望值.流动显示发现树叶变形后其尾流中存在旋涡脱落现象.天平测量发现叶片阻力系数随叶片雷诺数的增大而减小并逐渐接近于0.1.引入悬臂梁模型，采用测量的叶片气动力，对叶柄静态弯曲形状进行计算，结果表明当风速由0逐渐增至5m/s时，叶柄向下游弯曲迅速；但风速由5m/s进一步增大时，向下游的弯曲则变慢.

树叶，形状重构，振动，临界风速

Key words tree leaves,reconfiguration vibration,critical wind speed

引言

树叶在大风中具有良好的弯曲变形能力[1]，其气动与流固耦合特性的研究在仿生学[2]、新发电技术[3]、建筑设计[1]、太阳能帆板设计[4]以及树木保护[5]等方面具有参考意义.

Vogel[6]对红枫、鹅掌楸、核桃等多种树……