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

Yıl 2023, Cilt: 6 Sayı: 2, 1481 - 1499, 05.07.2023

Tural Tunay

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

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

Proje Numarası

-

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

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

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

Destekleyen Kurum

-

Proje Numarası

-

Teşekkür

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

Kaynakça

• 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.