Hava Üflemenin Dairesel Silindir Üzerindeki Türbülanslı Akışa Etkileri

Abstract

Bu çalışmada, Reynolds sayısı 20,000 iken iki-boyutlu (2B) silindir üzerindeki türbülanslı akış ve silindir üzerine yerleştirilen deliklerden hava üfleme ile bu akışın kontrolü sayısal olarak incelenmektedir. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) benzetimlerinde Zamana-bağlı Reynolds-Ortalamalı Navier-Stokes (URANS) denklemleri ve Spalart-Allmaras türbülans modeli kullanılmıştır. Kontrolsüz akış benzetimleri literatürde yer alan sürükleme katsayısı, Strouhal sayısı, silindir üzerindeki ortalama basınç katsayısı dağılımı ve silindir arkası alandaki ortalama hız dağılımı ile doğrulanmıştır. Silindirin üzerine yerleştirilen deliklerden hava üflemenin eyleyici olarak kullanılmasıyla akış kontrolü gerçekleştirilmiştir. Silindirin yüzeyine yerleştirilen dört adet delikten akış hızının %50’si büyüklüğünde bir hızla hava üflenmesi ile kontrolsüz duruma kıyasla sürükleme katsayısında %23 azalma görülmüştür. Ayrıca, silindirin arkasındaki yakın alan, HAD analizleri sonucunda elde edilen veri topluluğuna Dikgen Ayrıştırma Yöntemi (DAY) uygulanması ile detaylı olarak incelenmiştir. 2B akışa Hızlı Fourier Dönüşümü (HFD) filtrelemeli olarak anlık durum-tabanlı DAY uygulanmasıyla kontrolsüz ve kontrollü akışlar için akışın toplam enerjisinin %99’u yalnızca en yüksek enerjiye sahip iki kip ile gösterilmiştir. Bu kiplerde von Karman girdap yolu düzgün bir biçimde görülmektedir

Keywords

• Dairesel silindir, Von Karman girdap yolu, Akış kontrolü, Üfleme, Dikgen Ayrıştırma Yöntemi

Effects of Air Blowing on Turbulent Flow over a Circular Cylinder

Abstract

This study analyzes the flow over a two-dimensional (2D) circular cylinder at a turbulent Reynolds number of 20,000 and its control by air blowing from several slots located on the surface of the cylinder, computationally. CFD simulations are performed by using Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) equations and Spalart-Allmaras turbulence model. Uncontrolled flow simulation results are validated using the experimental results available in literature for drag coefficient, Strouhal number, time-averaged pressure coefficient distribution on the circumference of the cylinder and mean velocity values at the downstream. Air blowing from several slots located on the cylinder is used as an actuator for forcing the flow. Blowing from four slots located on the circumference of the cylinder with a velocity magnitude of 50% of the free stream velocity yields a drag reduction of 23% compared to the uncontrolled case. Additionally, near wake region is further examined by application of Proper Orthogonal Decomposition (POD) technique. A Fast Fourier Transform (FFT) based spatial filtering procedure is employed in order to separate the effects of small-scale turbulent structures in the wake region. The FFT-filtered snapshot-based POD analysis shows that approximately 99% of the total energy of the flow can be represented by considering only the most energetic first two modes where the effects of von Karman vortex street can be seen appropriately both for uncontrolled and controlled flow cases

Keywords

• Circular cylinder, Von Karman vortex street, Flow control, Blowing, Proper Orthogonal Decomposition