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

Yıl 2018, Cilt: 24 Sayı: 1, 13 - 18, 27.02.2018

Utku Şentürk

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

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

Oscillating cylinder, Non-inertial, OpenFOAM

Kaynakça

• Dong S, Triantafyllou GS, Karniadakis GE. "Elimination of vortex streets in bluff-body flows". Physical Review Letters 100(20), 1-4, 2008.
• 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.
• Smits AJ. Physical Introduction to Fluid Mechanics. 1st ed. New York, USA, John Wiley & Sons, 2002.
• Williamson CHK, Roshko A. “Vortex formation in the wake of an oscillating cylinder”. Journal of Fluids and Structures 2(4), 355-81, 1988.
• 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.
• 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.
• Griffin OM, Skop RA, Koopmann GH. "The vortex-excited resonant vibrations of circular cylinders". Journal of Sound and Vibration, 31(2), 235-249, 1973.
• Baek SJ, Sung HJ. "Numerical simulation of the flow behind a rotary oscillating circular cylinder". Physics of Fluids 10(4), 869-76, 1998.
• Samimy M. A Gallery of Fluid Motion. 1st ed. New York, USA, Cambridge University Press, 2004.
• Kim D, Choi H. "Immersed boundary method for flow around an arbitrarily moving body". Journal of Computational Physics, 212(2), 662-80, 2006.
• 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.
• Kundu PK, Cohen IM, Dowling DR, Tryggvason G. Fluid Mechanics. 6th ed. Massachusetts, USA, Academic Press, 2016.
• Ferziger JH, Peric M. Computational Methods for Fluid Dynamics. 3rd ed. Berlin, Germany, Springer, 2012.