Control of the Unsteady Flow Structure Behind the Cylinder with Passive Control Method

Abstract

In this study, it is aimed to control flow structure downstream of inner cylinder with seven different diameters (Di= 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90mm) by a surrounding outer cylinder that have β=0.5 porosity. The diameter of outer cylinder was chosen as 100mm. The perforation hole diameters of the cylinder were 10mm. The water height was kept constant during experiments as hw=400mm.The depth-averaged free stream velocity was U=100m/s which corresponded to a Reynolds number ReD=10000 based on outer cylinder diameter. Flow characteristics downstream of cylinder was investigated by using particle image velocimetry (PIV) technique. PIV experiments were performed at the mid-section of water 200mm. It has been observed that the perforated outer cylinder decreased vortex shedding downstream of inner cylinder with different diameters (Di=30, 40, 50, 60, 70, 80, 90mm). For high diameter ratios Di/Do≥0.7 perforated outer cylinder lost its effect on the flow control.

Keywords

• Passive control method, Vortex control, Porosity, Cylinder, PIV.

Silindir Arkasındaki Daimi Olmayan Akış Yapısının Pasif Yöntemle Kontrolü

Öz

Bu çalışmada, Di=30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 mm olan yedi farklı çapta iç silindir arkasında meydana gelen akış yapısı, etrafına yerleştirilen β=0.5 geçirgenlik oranına sahip silindirle kontrol edilmeye çalışılmıştır. Dış silindirin çapı Dd=100 mm olarak seçilmiştir. Silindir üzerine açılan deliklerin çapı d=10 mm'dir. Deneyler süresince su yüksekliği hw=400 mm'de sabit tutulmuştur. Suyun hızı U=100 mm/s ve buna karşılık dış çapa bağlı Reynolds sayısı ReD=10000'dir. Silindir arkasında meydana gelen akış yapısı PIV tekniği kullanılarak incelenmiştir. PIV deneyleri 200 mm'de orta düzlemde gerçekleştirilmiştir. Delikli silindirin, farklı çaplardaki silindir (Di=30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 mm) arkasında meydana gelen akış yapısında girdap kopmalarının azaldığı gözlenmiştir. Yüksek çap oranlarında (Di/Dd≥0.7) delikli dış silindir akış kontrolü üzerindeki etkinliğini kaybetmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Pasif kontrol yöntemi, Girdap kontrolü, Geçirgenlik oranı, Silindir, PIV.

References

1. Adria, R. J., “Particle-imaging techniques for experimental fluid mechanics”, Annual Review of Fluid Mechanics, 23, 261-304, 1991.
2. Gözmen, B., Akıllı, H., Şahin, B., “Sığ Suda Silindir Arkasındaki Akışın Değişik Yükseklikteki Plakalar Yardımı ile Kontrolü”, 18. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Zonguldak, 2011a, 88-93.
3. Gözmen, B., Akıllı, H., Şahin, B., “Control of circular cylinder wake via splitter plate in shallow flow”, 6th Ankara International Aerospace Conference, Ankara, 2011b.
4. Kumar, R, A, Shon, C. and Gowda, B. H. L., “Passive Control of vortex-induced vibrations: An Overview”, Recent Patents on Mechanical Engineering, 2008, 1: 1-11.
5. Kunze, S., Brücker, C., “Control of vortex shedding on circular cylinder using self-adaptive hairy-flaps”, C. R. Mecanique, 340, 41-56, 2012.
6. Özkan, G. M., “Sığ Suda Ağ Yapılı Silindir Vasıtasıyla Dairesel Silindirin Akış Kontrolü”, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 99 s., 2011.
7. Özkan, G.M., Pınar, E., Akıllı, H., Şahin, B., “Silindir Etrafındaki Akış Yapısının Ağ Yapılı Silindir ile Kontrolü”, 18. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Zonguldak, 2011, 94-98.
8. Özkan, G.M., Oruç, V., Akıllı, H., Şahin B., “Flow around a cylinder surrounded by a permeable cylinder in shallow water”, Experiment in Fluids, 2012.

9. Paydaş, K., Akar, A., Karakuş, C., Akıllı, H., Şahin, B., “Delikli Silindir Arkasında Oluşan Akış Yapısının Sığ Suda İncelenmesi”, 16. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Kayseri, 2007a.
10. Paydaş, K., Akıllı, H., Şahin, B., “Flow Structure Behind a Perforated Circular Cylinder in Shallow Water”, 4th Ankara International Aerospace Conference, Ankara, 2007b.
11. Pınar, E., Özkan, G.M., Akıllı, H., Şahin, “B., Sığ Suda Silindir Arkasında Oluşan Girdabın Delikli Silindir Yardımıyla Kontrol Edilmesi”, 18. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, Zonguldak, 2011a, 76-81.
12. Pınar, E., Özkan, G.M., Akıllı, H., Şahin, B., “Flow Control Downstream of a circular cylinder via a surrounding perforated cylinder”, 6th Ankara International Aerospace Conference, Ankara, 2011b.
13. Pınar, E., Özkan, G.M., Aksoy, M., Akıllı, H., Şahin, B., “Derin suda silindir arkasında oluşan girdabın delikli silindir yardımıyla kontrol edilmesi”, 4. Ulusal Havacılık ve Uzay Konferansı, İstanbul, 2012.
14. Westerweel, J., Digital particle image velocimetry, Theory and Application, Delft University Press, 1993.
15. Galvao, R., Lee, E., Farrell, D., Hovera, F., Triantafyllou, M., Kitney, N., Beynet, P., “Flow control in flow–structure interaction”, Journal of Fluids and Structures, 24, 1216–1226, 2008.
16. Gim, O., HyunKim, S., Lee, G., “Flow control behind a circular cylinder by control rods in uniform stream”, Ocean Engineering, 38, 2171–2184, 2011.
17. Kuo, C.-H., Chen, C.-C., “Passive control of wake flow by two small control cylinders at Reynolds number 80”, Journal of Fluids and Structures, Taiwan, 25, 1021–1028, (2009).
18. Kuo, C.H., Chiou, C. and Chen, C., “Wake flow pattern modified by small control cylinders at low reynolds number”, Journal Of Fluids And Structures, 23, 938-956, 2007.
19. Lim Hee-Chang, Lee Sang-Joon, “Flow control of a circular cylinder with o-rings”, Fluid Dynamics Research, 35, 107-122, 2004.
20. Zhao, M., Cheng, L., “Finite element analysis of flow control using porous media”, Ocean Engineering, 37, 1357–136, 2010.