بررسی اثر تغییر ارتفاع کانالِ ایزوترمال بر رفتار ارتعاشی و حرارتی سیلندر قرار گرفته بر روی بستر الاستیک تحت تأثیر جریان جت یکطرفه و دوطرفه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

چکیده

در این مقاله، کنترل فعال جریان ارتعاشات ناشی از جریان سیلندر دایروی قرار گرفته در داخل کانالِ ایزوترمال توسط روش تزریق جریان جت، مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اثر تزریق جریان بر انتقال حرارت داخل کانال نیز مورد بازبینی قرار گرفته است. برای این منظور، سه شیار بصورت متقارن در دیواره‌‌های بالایی و پایینی کانال در فواصل 0، 1 و 4 برابر قطر استوانه می‌‌باشد از سطح کناری سیلندر جایگذاری شده‌‌اند. نوآوری اصلی مطالعه حاضر، بررسی اثربخشی روش ارائه شده بر حسب ارتفاع کانال می‌‌باشد. برای این منظور، 6 کانال با ارتفاع‌‌های 5/5، 6، 7، 8، 9 و 10 برابر قطر استوانه برای انجام شبیه‌‌سازی‌‌های تعامل جریان-سازه‌‌ای در نظر گرفته شده است. برای حل معادلات جریان و انرژی از روش حجم محدود استفاده شده است. برای کوپلینگ حرکت استوانه با میدان جریان از روش دینامیک شبکه استفاده شده است. نتایج عددی نشان می‌‌دهند که برای تمامی کانال‌‌ها با ارتفاع‌‌های مختلف، تزریق جت چه بصورت یکطرفه و چه دو طرفه، از شیار‌‌ 3، اثری در جابجایی ندارد چراکه فاصله جت از سیلندر زیاد می‌‌باشد. با افزایش ارتفاع کانال می‌‌بایست، برای کاهش کامل نوسانات سیلندر، سرعت تزریق را افزایش داد. علت اصلی کاهش کامل ارتعاشات توسط روش تزریق جریان جت، در توقف روند ریزش گردابه‌‌ها دیده می‌‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Isothermal Channel Height on the Vibrational and Thermal Behavior of Elastically-Mounted Cylinder Affected by Unilateral and Bilateral Jet Flow

نویسندگان [English]

  • Somayeh Farahani 1
  • Amir Mohammad Zakinia 2
  • Amir Hossein Rabiee 2
1 Mechanical Engineering Department, Arak University of Technology, Arak, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده [English]

In this paper, the active flow control of flow-induced vibration of a circular cylinder placed in the isothermal channel affected by jet injection is studied. The effect of flow injection on heat transfer inside the channel has also been examined. For this purpose, three slots are placed symmetrically in the upper and lower walls of the channel at distances 0, D, and 4D where D is the diameter of the cylinder from the side surface. The main innovation of the present study is to evaluate the effectiveness of the proposed flow control method in terms of channel height. For this purpose, 6 channels with heights of 5.5D, 6D, 7D, 8D, 9D, and 10D are considered to perform fluid-solid interaction simulations. The finite element method has been used to solve the flow and energy equations. For coupling the movement of the cylinder with the flow field, the dynamic mesh method is used. Numerical results show that for all channels with different heights, jet injection, either unilaterally or bilaterally, from slot 3, has no effect on displacement because the distance of the jet from the cylinder is large. By increasing the height of the channel, the injection velocity must be increased to completely reduce the oscillations of the cylinder.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vortex-induced vibration
  • Jet flow
  • Flow control
  • Vortex shedding
  • Channel heat transfer

مراجع

[1] R.D. Blevins, Flow-induced Vibration, Krieger Publishing Company, 2001.
[2] P. Bearman, On vortex street wakes, Journal of Fluid Mechanics, 28(04) (1967) 625-641.
[3] A.H. Rabiee, Galloping and VIV control of square-section cylinder utilizing direct opposing smart control force, Journal of Theoretical and Applied Vibration and Acoustics, 5(1) (2019) 69-84.
[4] W. Xu, Y. Yu, E. Wang, L. Zhou, Flow-induced vibration (FIV) suppression of two tandem long flexible cylinders attached with helical strakes, Ocean Engineering, 169 (2018) 49-69.
[5] A.H. Rabiee, M. Esmaeili, The effect of externally applied rotational oscillations on FIV characteristics of tandem circular cylinders for different spacing ratios, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow,  (2020).
[6] A.H. Rabiee, Numerical Study on Vibration Attenuation of Cylinder using Active Rotary Oscillating Controller, International Journal of Engineering, 34(1) (2021) 202-211.
[7] M. Esmaeili, A.H. Rabiee, Active feedback VIV control of sprung circular cylinder using TDE-iPID control strategy at moderate Reynolds numbers, International Journal of Mechanical Sciences,  (2021) 106515.
[8] M. Sarmeili, H.R. Ashtiani, A. Rabiee, Nonlinear energy sinks with nonlinear control strategies in fluid-structure simulations framework for passive and active FIV control of sprung cylinders, Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 97 (2021) 105725.
[9] S. Farahani, A.H. Rabiee, Transverse FIV suppression of square cylinder using two control rods of varying size and distance in lock-in and galloping regions, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow,  (2021).
[10] A. Rabiee, M. Barzan, A. Mohammadebrahim, Flow-induced vibration suppression of elastic square cylinder using windward-suction-leeward-blowing approach, Applied Ocean Research, 109 (2021) 102552.
[11] L.H. Feng, J.J. Wang, Circular cylinder vortex-synchronization control with a synthetic jet positioned at the rear stagnation point, Journal of Fluid Mechanics, 662 (2010) 232.
[12] C. Wang, H. Tang, F. Duan, C. Simon, Control of wakes and vortex-induced vibrations of a single circular cylinder using synthetic jets, Journal of Fluids and Structures, 60 (2016) 160-179.
[13] H. Wang, L. Ding, L. Zhang, Q. Zou, R.N. Sharma, Control of two-degree-of-freedom vortex induced vibrations of a circular cylinder using synthetic Jets: Effect of synthetic jet orientation angle and phase difference, Ocean Engineering, 217 (2020) 107906.
[14] A.H. Rabiee, S. Farahani, A comprehensive study of heat transfer characteristic and two-dimensional FIV for heated square-section cylinder with different damping ratios, International Communications in Heat and Mass Transfer, 116 (2020) 104680.
[15] A. Kumar, A. Dhiman, L. Baranyi, CFD analysis of power-law fluid flow and heat transfer around a confined semi-circular cylinder, International Journal of Heat and Mass Transfer, 82 (2015) 159-169.
[16] D. Chatterjee, S. Amiroudine, Two-dimensional mixed convection heat transfer from confined tandem square cylinders in cross-flow at low Reynolds numbers, International Communications in Heat and Mass Transfer, 37(1) (2010) 7-16.
[17] E. Izadpanah, A. Ashouri, M. Liravi, Y. Amini, Effect of vortex-induced vibration of finned cylinders on heat transfer enhancement, Physics of Fluids, 31(7) (2019) 073604.
[18] Y. Su, L. Gao, L. Li, X. Li, C. Zhang, A study of the vortex-induced lateral vibration and heat transfer characteristics of elastic supported single tubes with different cross-sectional shapes, International Communications in Heat and Mass Transfer, 104 (2019) 8-14.
[19] E. Izadpanah, Y. Amini, A. Ashouri, A comprehensive investigation of vortex induced vibration effects on the heat transfer from a circular cylinder, International Journal of Thermal Sciences, 125 (2018) 405-418.
[20] Z. Yang, L. Ding, L. Zhang, L. Yang, H. He, Two degrees of freedom flow-induced vibration and heat transfer of an isothermal cylinder, International Journal of Heat and Mass Transfer, 154 (2020) 119766.
[21] A.H. Rabiee, S.D. Farahani, Effect of synthetic jet on VIV and heat transfer behavior of heated sprung circular cylinder embedded in a channel, International Communications in Heat and Mass Transfer, 119 (2020) 104977.
[22] S.D. Farahani, A.H. Rabiee, The effect of injection angle and jet flow velocity into an isothermal channel on the heat transfer and fluid-induced vibrations: unilateral versus bilateral injection, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 43(6) (2021) 1-13.
[23] T. Prasanth, S. Mittal, Vortex-induced vibrations of a circular cylinder at low Reynolds numbers, Journal of Fluid Mechanics, 594 (2008) 463-491.
[24] W. Khan, J. Culham, M. Yovanovich, Fluid flow and heat transfer from a cylinder between parallel planes, Journal of thermophysics and heat transfer, 18(3) (2004) 395-403.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 54، شماره 3
خرداد 1401
صفحه 703-724

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار