Large Eddy Simulation of the Biased Wake Flow Downstream of Circular Cylinders with a Slit

Year 2023, Volume: 6 Issue: 2, 1481 - 1499, 05.07.2023

Tural Tunay

Abstract

The characteristics of flow around slit-inserted cylinders are investigated using the three-dimensional large eddy simulation (LES). In the investigations, three different slit width-to-cylinder diameter ratios, i.e., s/D=0.1, 0.2 and 0.3, together with regular cylinder are used. Slits are placed inside the cylinders with a zero-inclination angle,  = 0o. The Reynolds number of the flow is ReD=3900 based on the cylinder diameter, D, and free stream velocity, U∞. The results present that the jet flow emerging from the slits deviates in crossflow direction forming a biased wake flow downstream of the slit cylinders. Compared with the regular cylinder, relative per cent reductions in drag coefficients of the slit cylinders with s/D = 0.1, 0.2 and 0.3 are 3.1%, 11.3% and 6.5%, respectively. The rates of turbulence quantities in downstream wakes of the slit cylinders are reduced. Formations of shear layers in the downstream wake change drastically as the slit width-to-diameter ratio, s/D, increase.

Keywords

Cylinder, LES, Passive flow control, Slit, Biased wake flow

Supporting Institution

-

Project Number

-

Thanks

The author acknowledges the support of the Mechanical Engineering Department, Adana Alparslan Turkes Science and Technology University, for providing computational support for this study.

İçerisine Yarık Yerleştirilmiş Dairesel Silindirlerin Aşağı Girdap Bölgesinde Oluşan Yönlenmiş Akışın Büyük Girdap Simülasyon Yöntemi ile Çözümlenmesi

Abstract

İçerisine yarık yerleştirilmiş silindirlerin etrafındaki akışın özellikleri, üç boyutlu büyük girdap simülasyonu (BGS) kullanılarak araştırılmıştır. Araştırmalarda, normal silindir ile birlikte üç farklı yarık genişliği-silindir çapı oranına, örneğin, s/D=0.1, 0.2 ve 0.3, sahip silindirler kullanılmıştır. Yarıklar silindirlerin içine serbest akış yönüyle sıfır eğim açısı,  = 0o, yapacak şekilde yerleştirilmiştir. Silindir çapına, D, ve serbest akış hızına, U∞, bağlı olarak akışın Reynolds sayısı ReD=3900'dür. Sonuçlar, yarıklardan çıkan jet akışının çapraz akış yönünde yönlendiğini ve silindirlerin girdap bölgesinde yönlenmiş bir akış yapısı oluşturduğunu ortaya koymaktadır. Normal silindir ile karşılaştırıldığında, s/D = 0.1, 0.2 ve 0.3 olan yarık silindirlerin sürtünme katsayılarındaki göreceli yüzde azalmalar sırasıyla %3.1, %11.3 ve %6.5'dir. İçerisine yarık yerleştirilmiş silindirlerin aşağı bölgesinde oluşan girdaplı akış yapısının maksimum türbülans değerinin azaldığı tespit edilmiştir. Yarık genişliği-silindir çapı oranı, s/D, değeri arttıkça, silindirlerin aşağı akış bölgesinde oluşan kayma tabakalarının oluşumları büyük ölçüde değiştiği gözlenmiştir.

Keywords

Silindir, BGS (Büyük Girdap Simülasyonu), Pasif akış kontrolü, Yarık

Project Number

-

References

• Afgan I., Kahil Y., Benhamadouche S., Sagaut P. Large eddy simulation of the flow around single and two side-by-side cylinders at subcritical Reynolds numbers. Physics of Fluids 2011; 23(075101):1-17. doi: 10.1063/1.3596267
• Baek H., Karniadakis GE. Suppressing vortex-induced vibrations via passive means. Journal of Fluids and Structures 2009; 25:848 – 866. doi: 10.1016/j.jfluidstructs.2009.02.006
• Bao Z., Qin G., He W., Wang Y. Numerical investigation of flow around a slotted circular cylinder at low Reynolds number. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2018; 183:273–282. doi:10.1016/j.jweia.2018.11.010
• Gao DL., Chen WL., Li H., Hu H. Flow around a slotted circular cylinder at various angles of attack. Experiments in Fluids 2017a; 58(132):1-15. doi:10.1007/s00348-017-2417-8
• Gao DL., Chen WL., Li H., Hu H. Flow around a circular cylinder with slit. Experimental Thermal and Fluid Science 2017b; 82:287–301. doi:10.1016/j.expthermflusci.2016.11.025
• Igarashi T. Flow characteristics around a circular cylinder with a slit (1st report, flow control and flow patterns). Bulletin of the JSME 1978; 21(154): 656-664.
• Igarashi T. Flow characteristics around a circular cylinder with a slit (2nd report effect of boundary layer suction). Bulletin of the JSME 1982; 25(207):1389-1397.
• Junwei W., Jinwen Y., Yi H., Feng B. Experimental study of slit cylinder vortex shedding in circulating water channel. International Conference on Measurement, Information and Control (MIC), 18-20 May 2012, 225-229, Harbin.
• Kravchenko AG., Moin P. Numerical studies of flow over a circular cylinder at ReD=3900. Physics of Fluids 2000; 12(2):403-417.
• Olsen JF., Rajagopalan S. Vortex shedding behind modified circular cylinders. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2000; 86:55-63.
• Ordia L., Venugopal A., Agrawal A., Prabhu SV. Vortex shedding characteristics of a cylinder with a parallel slit placed in a circular pipe. Journal of Visualization 2017; 20:263–275. doi: 10.1007/s12650-016-0398-y.
• Sheng WJ., Chen W. Features of flow past a circular cylinder with a slit. Sharif University of Technology Scientia Iranica Transactions B: Mechanical Engineering 2016; 23(5):2097-2112.
• Williamson CHK. Vortex dynamics in the cylinder wake. Annual Review of Fluid Mechanics 1996; 28:477-539.