The Effect of Hexagonal Perforated Cylinder Porosity on Flow Region Formed Behind the Cylinder

Öz

In previous studies, unsteady flow structure formed behind the circular cylinder was tried to control by outer perforated cylinder with various inner/outer cylinders diameter ratio (Di/Dd) and porosity ratios (β). In this study, perforation was applied directly on the cylinder (without any outer cylinder) and effect of this process on flow downstream of the cylinder body was investigated. Flow structure formed downstream of a nonpermeable cylinder and six different permeable (β=0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7) cylinders was studied via Particle Image Velocimetry (PIV) technique.Diameter of each cylinder was D=100 mm and Reynolds Number was ReD=10000 based on these diameters. During all experiments, water height was kept constant at hw=400 depth and image capturing was conducted at hL=200 mm mid plane of water . Comparing to nonpermeable cylinder, positive impact of porous cylinders on flow control can be seen obviously as a result of jet flow passing through the holes. When porosity ratio of the cylinder increased, a significant reduction of Reynolds Stresses was observed. After porosity ratio β≥0.6, jet flow effect was diminished as can be seen in velocity graphics. As a result, the most effective flow control was obtained at β=0.6 porosity ratio for hexagonal perforated circular cylinder.

Anahtar Kelimeler

• Flow control,Passive control,PIV,Vortex shedding suppression,Cylinder

Altıgen Delikli Silindirin Geçirgenlik Oranının Silindir Arkasındaki Akış Bölgesine Etkisi

Öz

Daha önce yapılan çalışmalarda dairesel silindir arkasındaki daimi olmayan akış yapısı, silindirin etrafına farklı geometri, çap ve geçirgenlik oranlarına sahip delikli dış silindirler yerleştirilerek kontrol edilmeye çalışılmıştır. Bu çalışmada ise, dairesel silindirin kendisi üzerinde açılan, d=10 mm çapında, altıgen deliklerin silindir arkasında meydana gelen akışın özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Deliksiz geçirgen olmayan bir silindir ve geçirgenlik oranları β=0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7 olmak üzere toplam 6 farklı delikli geçirgen silindirlerin arkasında oluşan akış yapısı Parçacık Görüntülü Hız Ölçümü (PIV) yöntemi ile incelenmiştir. Silindirlerin herbirinin çapı D=100 mm ve bu çapa bağlı Reynolds sayısı ReD=10000’dir. Deneylerde su yüksekliği hw=400 mm olarak sabit tutulmuş ve akış görüntüleri hL=200 mm yükseklikteki orta düzlemden alınmıştır. D=100 mm çaplı deliksiz silindir ile kıyaslandığında delikli silindirlerdeki deliklerden çıkan jet akışının daimi olmayan akış yapısına olumlu etkisi açık şekilde görülmektedir. Reynolds gerilmelerinde geçirgenlik oranının artışıyla birlikte düşüş gözlemlenmiştir. Hız alanları içinde Ancak β≥0,6 oranından itibaren deliklerden çıkan jet akışının etkisi azalmaktadır. Akış kontrolünde dairesel silindir üzerinde açılan altıgen delikler için β=0,6 geçirgenlik oranının en etkili oran olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Akış kontrolü,Pasif kontrol,PIV,Girdap kontrolü,Silindir

Kaynakça

1. 1. Ozgoren, M., 2006. Flow Structure in the Downstream of Square and Circular Cylinders, Flow Meas., Instrum., vol. 17, no. 4, pp. 225–235.
2. 2. Williamson, C.H.K., 1996. Vortex Dynamics in the Cylinder Wake, Annu. Rev. Fluid Mech., Jan. 1996, vol. 28, no. 1, pp. 477–539.
3. 3. Fransson, J.H.M., Konieczny, P., Alfredsson, P.H., 2004. Flow Around a Porous Cylinder Subject to Continuous Suction or Blowing, J. Fluids Struct., vol. 19, no. 8, pp. 1031–1048.
4. 4. Sudhakar, Y., Vengadesan, S., 2012. Vortex Shedding Characteristics of a Circular Cylinder with an Oscillating Wake Splitter Plate, Comput. Fluids, vol. 53, no.1, pp. 40–52.
5. 5. Apelt, C.J., West, G.S., Szewczyk, A.A., 1973. The Effects of Wake Splitter Plates on the Flow Past a Circular Cylinder in the Range 10 4 < R <5×10 4, J. Fluid Mech., Oct. 1973, vol. 61, no. 01, p. 187.
6. 6. Igbalajobi, A., McClean, J.F., Sumner, D., Bergstrom, D.J., 2013. The Effect of a Wake-mounted Splitter Plate on the Flow around a Surface-mounted Finite-height Circular Cylinder, J. Fluids Struct., vol.37, pp. 185–200.
7. 7. Gözmen, B., Akıllı, H., Şahin, B., 2013. Passive Control of Circular Cylinder Wake in Shallow Flow. Measurement, J. Int. Meas. Confed, 46: 1125-1136.
8. 8. Akilli, H., Sahin, B., Filiz Tumen, N., 2005. Suppression of Vortex Shedding of Circular Cylinder in Shallow Water by a Splitter Plate, Flow Meas. Instrum., vol. 16, no.4, pp. 211–219.

9. 9. Gu, F., Wang, J.S., Qiao, X.Q., Huang, Z., 2012. Pressure Distribution, Fluctuating Forces and Vortex Shedding Behavior of Circular Cylinder With Rotatable Splitter Plates, J. Fluids Struct., vol. 28, pp. 263–278.
10. 10. Kunze, S., Brücker, C., 2012. Control of Vortex Shedding on a Circular Cylinder using Self-adaptive Hairy-flaps, Comptes Rendus- Mec., vol. 340, no. 1–2, pp. 41–56.
11. 11. Zhou, B., Wang, X., Guo, W., Gho, W.M., Tan, S.K., 2015. Experimental Study on Flow Past a Circular Cylinder With Rough Surface, Ocean Eng., vol. 109, pp. 7–13.
12. 12. Zhou, B., Wang, X., Guo, W., Gho, W.M., Tan, S.K., 2015. Control of Flow Past a Dimpled Circular Cylinder, Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 69, pp. 19–26.
13. 13. Price, P., 1956. Suppression of the Fluid-Induced Vibration of Circular Cylinders, J. Eng. Mech. Div., vol. 82, no.3, pp. 1–22.
14. 14. Ozkan, G.M., Akilli, H., Sahin, B., 2013. Effect of High Porosity Screen on the Near Wake of a Circular Cylinder, EPJ Web Conf., vol. 01071, pp.1–5.
15. 15. Oruç, V., 2012. Passive Control of Flow Structures Around a Circular Cylinder by using Screen, J. Fluids Struct., vol. 33, pp. 229–242.
16. 16. Durhasan, T., Aksoy, M.M., Pinar, E., Ozkan, G.M., Akilli, H., Sahin, B., 2016. Vortex Street Suppression of a Circular Cylinder using Perforated Semi-circular Fairing in Shallow Water, Exp. Therm. Fluid Sci., vol. 79, pp. 101–110.