Serbest akım içerisinde salınan bir silindir etrafındaki akışın ataletsiz koordinatlarda sayısal incelenmesi

Öz

Bu çalışmada, bir serbest akım içerisinde yer alan ve salınım hareketi yapmaya zorlanan bir silindirin etrafındaki akış, açık kaynaklı OpenFOAM ortamında geliştirilen bir çözücü ile sayısal olarak incelenmiştir. Akışkan hareketinin denklemleri, silindire yapışık, ataletsiz koordinat sistemi cinsinden yazılmış ve sonlu hacimler yöntemi ile çözülmüştür. Sıkıştırılamaz, daimi olmayan, iki boyutlu akış kabulleri altında çözüm yapılmıştır. Silindirin harmonik salınımı, tüm serbestlik dereceleri (dalıp çıkma, boyuna öteleme ve baş-kıç vurma) için ayrı ayrı ele alınmıştır. Çeşitli salınım frekansları taranarak, çevri kilitlenme davranışı yakalanmıştır. Hareketli silindir problemine dair bulunan literatür ile uyumlu sonuçlar, yöntemin, rijit ve hareketli cisimlerin dış akış simülasyonlarında kullanışlı bir araç olduğunu ortaya koymuştur.

Anahtar Kelimeler

• Salınan silindir,Ataletsiz,OpenFOAM

Numerical investigation of the flow past an oscillating cylinder in a non-inertial reference frame

Abstract

In this study, the flow past a cylinder which is forced to oscillate in a free stream is numerically investigated using a solver developed within the framework of the open-source toolbox OpenFOAM. Governing equations are written in the non-inertial reference frame fixed to the cylinder and solved using the finite volume method. Flow is assumed to be incompressible, unsteady and two-dimensional. Harmonic oscillation of the cylinder is considered separately for each degree-of-freedom (heaving, surging and pitching). By spanning several oscillation frequencies, the lock-in behavior is captured. The agreement obtained in the moving cylinder problem demonstrates the convenience of the approach in the general flow simulations of moving rigid bodies.

Keywords

• Oscillating cylinder,Non-inertial,OpenFOAM

References

1. Dong S, Triantafyllou GS, Karniadakis GE. "Elimination of vortex streets in bluff-body flows". Physical Review Letters 100(20), 1-4, 2008.
2. Posdziech O, Grundmann R. “A systematic approach to the numerical calculation of fundamental quantities of the two-dimensional flow over a circular cylinder”. Journal of Fluids and Structures, 23(3), 479-99, 2007.
3. Smits AJ. Physical Introduction to Fluid Mechanics. 1st ed. New York, USA, John Wiley & Sons, 2002.
4. Williamson CHK, Roshko A. “Vortex formation in the wake of an oscillating cylinder”. Journal of Fluids and Structures 2(4), 355-81, 1988.
5. Meneghini JR, Bearman PW. "Numerical simulation of high amplitude oscillatory flow about a circular cylinder". Journal of Fluids and Structures, 9(4), 435-55, 1995.
6. Guilmineau E, Queutey P. "A numerical simulation of vortex shedding from an oscillating circular cylinder." Journal of Fluids and Structures, 16(6), 773-94, 2002.
7. Griffin OM, Skop RA, Koopmann GH. "The vortex-excited resonant vibrations of circular cylinders". Journal of Sound and Vibration, 31(2), 235-249, 1973.
8. Baek SJ, Sung HJ. "Numerical simulation of the flow behind a rotary oscillating circular cylinder". Physics of Fluids 10(4), 869-76, 1998.

9. Samimy M. A Gallery of Fluid Motion. 1st ed. New York, USA, Cambridge University Press, 2004.
10. Kim D, Choi H. "Immersed boundary method for flow around an arbitrarily moving body". Journal of Computational Physics, 212(2), 662-80, 2006.
11. Mittal R, Dong H, Bozkurttas M, Najjar FM, Vargas A, Von Loebbecke A. "A versatile sharp ınterface ımmersed boundary method for ıncompressible flows with complex boundaries". Journal of Computational Physics, 227(10), 4825-852, 2008.
12. Kundu PK, Cohen IM, Dowling DR, Tryggvason G. Fluid Mechanics. 6th ed. Massachusetts, USA, Academic Press, 2016.
13. Ferziger JH, Peric M. Computational Methods for Fluid Dynamics. 3rd ed. Berlin, Germany, Springer, 2012.