بررسی سینماتیک و دینامیک جریان آرام نوسانی حول استوانه

نویسندگان

چکیده

در این مقاله جریان نوسانی آرام دو بعدی حول استوانه و نوسان استوانه در سیال ساکن مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور با استفاده از روش حجم محدود و به کمک الگوریتم سیمپل سی، معادله های نویر استوکس برای جریان آرام نوسانی دو بعدی حول یک استوانه در یک شبکه منطبق بر بدنه از نوع O و هم مکان حل شده است. در این بررسی اعداد بدون بعد کیولگان کارپنتر و استوکس در محدوده ای انتخاب شده اند که متناظر با رژیمهای متنوع جریان آرام است که عموما سه بعدی هستند. نتایج حاصل از این شبیه سازی و مقایسه با نتایج عددی و تجربی سایرین نشاندهنده قابلیت خوب مدل دو بعدی در معرفی سینماتیک رژیمهای متنوع جریان و ریزش گردابه هاست. در رابطه با نیرو های وارد بر استوانه این بررسی نشان می دهد در حالاتی که رژیم جریان منظم است انطباق خوبی بین نیروی طولی حاصل از این محاسبات و نتیجه حاصل از معادله موریسون وجود دارد و در مورد جریانهای نا منظم که از یک سیکل به سیکل دیگر تغییرمی کنند این انطباق ضعیفتر شده و دقت معادله موریسون کاهش می یابد. مقایسه ضرایب پسا و اینرسی حاصل از این مدل و کار تجربی و عددی دیگران، انطباق خوبی را نشان می دهد. بررسی تغییرات زمانی نیروی طولی وارد بر استوانه اطلاعات دقیقی در ارتباط با ریزش گردابه ها در هر سیکل و فرکانس ریزش آنها و نحوه تغییر مود ارائه می دهد. به دلیل تغییر پیوسته مود رژیم جریان در طی زمان، متوسط نیروی طولی و عرضی در طی سیکلهای متوالی ملاک خوبی برای براورد نیروی وارد بر استوانه نیست. در عین حال این مدل به خوبی توانسته تغییرات زمانی نیروی طولی و عرضی یک مود خالص را شبیه سازی و بر نتایج تجربی انطباق دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Study of Kinematics and Dynamics of Oscillating Laminar Flow About a Cylinder

نویسنده [English]

  • M. S. Saidi and M. Saghafian
چکیده [English]

In this paper, the oscillating two-dimensional laminar flow about a cylinder and the oscillation of a cylinder in still water are studied. A finite volume method is applied to solve the Navier Stokes equations using SIMPLEC algorithm on a body fitted co-located O-type grid. In this study, the non-dimensional flow numbers, Keulegan-Carpenter and Stokes’ numbers are chosen over a range where different laminar flow regimes are normally three-dimensional. The results of this simulation and comparison with numerical and experimental works indicate the good capability of this two-dimensional model in showing the various regimes of flow patterns and vortex shedding. Considering the forces exerted on the cylinder, this study shows that in cases where the flow is of a regular type, there is a good match between longitudinal force presented by this work and the one calculated through Morrison’s equation. But for irregular flows where the flow pattern changes in each cycle, there is less overlap and the accuracy of Morrison’s equation is reduced. Studying the time variation of the transversal force gives accurate information about the vortex shedding and its frequency in each cycle and mode changing. Since the flow mode changes continuously with time, the average of transversal and longitudinal forces on consecutive cycles is not a good representation of the force exerted on the cylinder. On the other hand, the model has satisfactorily reproduced the time variation of the tranversal and longitudinal forces of a pure mode, matching the experimental results. Keywords: Oscillating flow, Laminar flow about a cylinder, Numerical solution

کلیدواژه‌ها [English]

  • oscillating flow
  • Laminar flow about a Cylinder
  • Numerical solution

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی