شبیه‌سازی عددی جریان حول یک استوانه غوطه‌ور در آشفتگی تولید شده توسط شبکه‌ای از سیلندرهای بالادست

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک ، دانشگاه صنعتی اراک، ایران.

2 کارشناسی، دانشکده مهندسی مکانیک ، دانشگاه صنعتی اراک، ایران.

10.22044/jsfm.2025.16124.3966

چکیده

در این مقاله هدف، بررسی اثر اغتشاشات جریان ورودی حول یک سیلندر دایره‌ای می‌باشد. به منظور ایجاد اغتشاش، شبکه‌ای از سیلندرهای دایروی در بالادست یک سیلندر دایره‌ای مدل‌سازی شد و اثر آن بر رفتار جریان بررسی گردیده است. شبیه‌سازی جریان به صورت دوبعدی و گذرا با استفاده از نرم‌افزار تجاری Fluent Ansys و با بکارگیری مدل توربولانسی k-ω-sst در رینولدز 22000 انجام شده است. به منظور اعتبارسنجی، نتایج تحقیق حاضر با نتایج تحقیقات دیگر مقایسه گردیده است که تطابق خوبی مشاهده می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که در حالتی که فاصله سیلندرهای شبکه تا سیلندر اصلی 6D باشد، بیشترین میزان گردابه‌ها به سیلندر اصلی وارد می‌شود و اغتشاشات ایجاد شده حول سیلندر اصلی تا شدت آشفتگی 0.9 افزایش می‌یابد. بررسی ضریب‌پسا و ضریب برآ نشان می‌دهند که ضریب‌پسا در حالتی که فاصله سیلندر‌های شبکه نسبت به سیلندر اصلی 6D است، %76 کاهش می‌یابد و ضریب برآ حدود 13 برابر افزایش می‌یابد. یافته‌ها، که با داده‌های معیار اعتبارسنجی شده‌اند، پتانسیل آرایه‌های اغتشاش غیرفعال را برای کنترل جریان در کاربردهای بدنه‌ی ضخیم برجسته می‌کنند و بینش‌هایی در مورد کاهش نیروی پسا و کاهش ارتعاش ناشی از گردابه ارائه می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Yadegari M, Bak Khoshnevis A, Boloki M (2023)                    An experimental investigation of the effects of helical strakes on the characteristics of the wake around the circular cylinder. Iran J Sci Technol Trans Mech Eng 47(1): 67–80.
]2[  حاتمی س, یادگاری م، بک‌خوشنویس ع (1401) بررسی تجربی ضریب  درگ در سیلندرهای دایروی با چیدمان پشت سر هم در زوایای مختلف. مجله مهندسی مکانیک 31(6): 3–12. https://doi.org/10.30506/mmep.2023.562121.2048
[3] Bak Khoshnevis A, Boloki M, Yadegari M (2020) The investigation of the effect of the helical strakes' height on the cylindrical wake. J Solid Fluid Mech 10(1): 223–236.
[4] Yadegari M, Bak Khoshnevis A (2021) Numerical and experimental study of characteristics of the wake produced behind an elliptic cylinder with trip wires. Iran J Sci Technol Trans Mech Eng 45: 265–285.
[5] Bearman P, Morel T (1983) Effect of free stream turbulence on the flow around bluff bodies. Prog Aerosp Sci 20(2–3): 97–123.
[6] Norberg C (1986) Interaction between freestream turbulence and vortex shedding for a single tube in cross-flow. J Wind Eng Ind Aerodyn 23: 501–514.
[7] Norberg C, Sundén B (1987) Turbulence and Reynolds number effects on the flow and fluid forces on a single cylinder in cross flow. J Fluids Struct 1(3): 337–357.
[8] Williamson CHK (1996) Vortex dynamics in the cylinder wake. Annu Rev Fluid Mech 28: 477–539.
[9] Williamson CHK, Govardhan R (2004) Vortex-induced vibrations. Annu Rev Fluid Mech 36: 413–455.
[10] An H, Cheng L, Zhao M (2009) Steady streaming around a circular cylinder in an oscillatory flow. Ocean Eng 36(14): 1089–1097.
[11] McAuliffe BR, Yaras MI (2010) Transition mechanisms in separation bubbles under low-and elevated-freestream turbulence. In: Proc. ASME Turbo Expo.
[12] Khabbouchi I, Fellouah H, Ferchichi M, Guellouz MS (2014) Effects of free-stream turbulence and Reynolds number on the separated shear layer from a circular cylinder. J Wind Eng Ind Aerodyn 135: 46–56.
[13] Cao Y, Tamura T (2018) Aerodynamic characteristics of a rounded-corner square cylinder in shear flow at subcritical and supercritical Reynolds numbers. J Fluids Struct 82: 473–491.
[14] Ji C, Cui Y, Xu D, Yang X, Srinil N (2019) Vortex-induced vibrations of dual-step cylinders with different diameter ratios in laminar flows. Phys Fluids 31(7): 073602.
[15] Zhou Y, Nagata K, Sakai Y, Watanabe T (2019) Extreme events and non-Kolmogorov-5/3 spectra in turbulent flows behind two side-by-side square cylinders. Phys Rev Fluids 4(12): 124602.
[16] Tao S, Zhou Y (2019) Turbulent flows around side-by-side cylinders with regular and multiscale arrangements. Phys Rev Fluids 4(12): 124602.
[17] Zhang M, Fu S, Liu C, Ren H, Xu Y (2021) Experimental investigation on vortex-induced force of a steel catenary riser under in-plane vessel motion. Mar Struct 78: 102882.
 
[18] Chandran J, KR B (2022) Numerical prediction of the drag coefficient of bluff bodies in three-dimensional pipe flow. J Comput Appl Res Mech Eng 12(1): 13–29.
[19] Song B, et al. (2022) Direct numerical simulation of flow over a cylinder immersed in the grid-generated turbulence. Phys Fluids 34(1): 015109.
[20] Mansouri Z, Yadegari M, Bak Khoshnevis A (2023) Numerical investigation of the effects of installing four trip wires with different diameters on the mean and fluctuation velocities and characteristics of the wake around the circular cylinder. J Braz Soc Mech Sci Eng 45: 459.
[21] Mansouri Z, Yadegari M, Bak Khoshnevis A (2023) Effect of trip wire on Reynolds shear stress and fluctuating velocities in circular cylinder. J Mech Eng 32: 31–45.
[22] Sadeghi M, Yadegari M, Khoshnevis AB (2024) Numerical investigation of the flow characteristics around two sequential cylinders with circular and square cross-sections. J Mar Sci Technol 29(2): 315–332.