بررسی عددی جریان عبوری از یک استوانه ی دایره ای زیر سطح آزاد با روش حجم سیال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، آزمایشگاه انرژی، آب و محیط زیست، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این تحقیق، جریان گذرنده از یک استوانه ی دایره ای دوبعدی ثابت، نزدیک یک سطح آزاد در عدد رینولدز 180 و عدد فرود 0.2 در نسبت فاصله های گوناگون از سطح آزاد سیّال، بطور عددی بررسی شده است. برای شبیه سازی سطح آزاد از روش حجم سیّال استفاده شده است. معادلات پیوستگی، مومنتم و کسر حجمی با روش حجم محدود توسط کد تجاری فلوئنت حل شده اند. برای اعداد فرود پایین که نشان دهنده ی تأثیر غالب گرانش و تغییر شکل ناچیز سطح آزاد هستند، نتایج دارای شباهت های بسیاری با مسئله ی جریان حول استوانه نزدیک یک دیواره ی بدون لغزش است، بگونه ای که مکانیزم رهایش گردابه ی یکسانی برای آنها می توان پیش بینی نمود. زمانیکه فاصله ی بین استوانه و سطح آزاد کاهش می یابد، عدد استروهال در نسبت فاصله ی 0.7 به حدّاکثر مقدار خود می رسد، کاهش بیشتر نسبت فاصله، موجب کاهش عدد استروهال شده، در نسبت فاصله ی 0.16 اساساً پدیده ی رهایش گردابه به حدّاقل مقدار ممکن می رسد. در این تحقیق به بررسی کانتورهای سرعت، فشار و ضرایب آیرودینامیکی در نسبت فاصله های مختلف پرداخته شده، تأثیر سطح آزاد سیّال بر هیدرودینامیک جریان در اعداد فرود پائین مطالعه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Flow past a Circular Cylinder beneath a Free Surface with Volume of Fluid Method

نویسندگان [English]

  • S. M. Hosseinalipoor
  • N. Haji ghafoori boukani
School of Mechanical Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, flow through a fixed two-dimensional circular cylinder beneath of a free surface at various gap ratios at Reynolds number of 180 and Froude number of 0.2 is numerically investigated. Continuity and momentum equations is resolved with control volume method by commercial software Ansys Fluent 14.00. For the low Froude number case (i.e., gravity-dominated), the results obtained are similar to those for flow past a cylinder close to a no-slip boundary, so that similar vortex shedding mechanism can be observed. As the distance between the surface and the cylinder is reduced, the Strouhal number, as measured from the time varying lift, increases to a maximum at a gap ratio of 0.70. Further gap reduction leads to a rapid decrease in the Strouhal number, with shedding finally ceasing altogether at gap ratios below 0.16. The agreement between the results for a free surface and a no-slip boundary suggests that the mechanism behind the suppression of vortex shedding is common to an adjacent no-slip boundary. In this research, Lift coefficients and velocity contours for various gap ratios has been investigated, also the effect of free surface on flow hydrodynamic for low Froude number s is considered.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Free Surface Flow
  • Volume of Fluid Method
  • vortex shedding
  • Numerical Solution
  • Strouhal Number

مراجع

[1] Bearman, P. W. and M. M. Zdravkovich, ” Flow around a circular cylinder near a plane boundary”, J. Fluid Mech.89 (1978): 33–47.
[2] G¨oktun, S., ” The drag and lift characteristics of a cylinder placed near a plane surface”, Master’s thesis,Naval Postgraduate School, Monterey, California, USA,1975.
[3] Sheridan, J., J. C. Lin, and D. Rockwell, ” Flow past a cylinder close to a free surface”, J. Fluid Mech. 330(1997): 1–30.
[4] Sheridan, J., J. C. Lin, and D. Rockwell, ” Metastable states of a cylinder wake adjacent to a free surface”,Phys. Fluids, 7 (1995): 2099–2101.
[5] Reichl, P. J., K. Hourigan and M. C. Thompson, ” The unsteady wake of a circular cylinder near a free surface”,Flow Turb. Combust. 71 (2003): 347–359.
[6] Reichl, P. J., ” Flow past a cylinder close to a free surface”, PhD thesis, Department of Mechanical Engineering, Monash University, 2001.
[7] Warburton, T. C. and G. E. Karniadakis, ” Spectral simulations of flow past a cylinder close to a freesurface”,In Proc. ASME Fluids Engng Div. Summer Meeting, FEDSM97-3389, Vancouver, British Columbia,Canada, 1997.
[8] Reichl, P., K. Hourigan and M.C. Thompson, ” Flow past a cylinder close to a free surface”, Journal of Fluid Mechanics 533 (2005): 269–296.
[9] Mehrabadi, A., ” Numerical Simulation of 2D cylinder oscillation beneath a free surface”, PhD thesis,Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, 2011.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 1
اردیبهشت 1396
صفحه 11-18

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار