توصيفگر ها :
سيلندر محدود با مقطع دايره , عدد رينولدز , نسبت منظري , شبيه سازي عدد سه بعدي , حل دائم و غير دائم , شروع ريزش گردابه , انتقال حرارت
چكيده فارسي :
بررسي جريان عبور از روي سيلندرها از منظر شكل¬گيري پديده¬هاي جدايي جريان، گردابه¬هاي ايجاد شده و همچنين انتقال حرارت اهميت دارد. در بررسي جريان از روي سيلندرها دو رويكرد متفاوت وجود دارد؛ كه عبارتند از بررسي دوبعدي و بررسي سه¬بعدي كه در بررسي دوبعدي ارتفاع سيلندر بي¬نهايت درنظر گرفته مي¬شود كه به اين نوع سيلندرها، سيلندر¬هاي نامحدود يا دوبعدي گفته¬مي¬شود. در حالت ديگر سيلندر به صورت سه¬بعدي و با ارتفاع محدود است كه به آن سيلندر¬هاي محدود يا سه¬بعدي نيز گفته مي¬شود. در مقايسه با سيلندرهاي دوبعدي، جريان عبوري از سيلندرهاي محدود، اثرات انتهاي آزاد و كف برساختار جريان و نيروها اهميت زيادي دارد. اين پژوهش عددي، در نسبت هاي منظري 1 تا 8 و در محدوده اعداد رينولدز 1 تا و 100 و عدد پرانتل 7/0 انجام شده است. در اين پژوهش، تأثير نسبت منظري و عدد رينولدز بر فيزيك جريان، نيروها، شروع ريزش گردابه و انتقال حرارت بررسي شده است. مقطع سيلندر مورد بررسي دايره¬اي بود و شبيه¬سازي¬ها با نرم¬افزار انسيس فلوئنت انجام گرفت. تأثير ابعاد ميدان محاسباتي بر نتايج بطور وسيعي بررسي شد. نتايج نشان داد كه درمحدوده اعداد رينولدز و نسبت منظري پايين، ضريب دراگ به اندازه دامنه ميدان محاسباتي حساسيت زيادي دارد؛ كه اين حساسيت با افزايش عدد رينولدز و نسبت منظري كمتر مي¬شود. در اين پژوهش مقدار ضريب دراگ و عدد ناسلت و همچنين ساختار انواع گردابه¬هاي ايجاد شده از قبيل گردابه¬هاي پايه و نوك، پايه ونعل اسبي براي نسبت منظري و اعداد رينولدز مختلف بررسي¬شد. نتايج نشان داد كه جريان سيال براي تمام اعداد رينولدز انتخابي بين 1 تا 100 و نسبت هاي منظري 1 الي 5 از نوع دائم و بدون ريزش گردابه است؛ اما در سيلندر با نسبت¬هاي منظري 6 و 7و 8 جريان در بعضي از اعداد رينولدز غير دائم مي شوند. عدد رينولدز بحراني اول، عدد رينولدزي كه ريزش گردابه براي اولين بار رخ مي¬دهد و جريان از حالت دائم به غير دائم تبديل مي شود، به ترتيب براي نسبت هاي منظري 6 و7 و8 در محدوده 5± 85 و5±65 و 5±65 است. براي سيلندرهايي با نسبت منظري كوچكتر از 6، ريزش گردابه بالاتر از عدد رينولدز 100 (خارج محدوده مورد بررسي در اين پژوهش) رخ مي¬دهد. همچنين مشاهده شد كه با افزايش عدد رينولدز در تمامي نسبت¬هاي منظري، رژيم پايا و گذرا، ضريب دراگ كاهش و عدد ناسلت متوسط افزايش مي¬يابد. همچنين با افزايش نسبت منظري درعدد رينولدز يكسان، در رژيم پايا و گذرا، ضريب دراگ و عدد ناسلت افزايش مي¬يابد. در محدوده اعداد رينولدزي كه جريان پايا است، ساختار¬هاي جريان ويك بصورت دوقطبي و چهارقطبي مي باشند؛ در صورتي كه ساختار جريان متوسط زماني در رژيم گذرا چندقطبي است. در نهايت مقايسه¬اي بين حل پايا و گذرا در نسبت منظري 8 و عدد رينولدز 100، كه رژيم جريان گذرا است، انجام و مشخص شد كه حل پايا ريزگردابه¬ها يا گردابه¬هاي ثانويه را پيش¬بيني نمي¬كند. همچنين با مقايسه¬ي ضرايب دراگ كل در اعداد رينولدز 100 و نسبت¬هاي منظري 6 و 7 و 8 براي دو حل پايا و غيرپايا مشاهده شد؛ كه به ميزاني كه از عدد رينولدز بحراني فاصله گرفته شود، اختلاف نتايج حل پايا و گذرا افزايش مي¬يابد؛ كه معرف اين است كه جرياني كه ذاتا غير دائم است و استفاده از شبيه سازي دائم منجر به خطا مي شود.
چكيده انگليسي :
Investigating flow passing over the cylinder is very important and basic research. The flow passing over the cylinder is important due to the formation of flow separation phenomena, created vortices, and heat transfer. This research is numerical research for cylinders in which Aspect ratios changed from 1 to 8 for Reynolds numbers between 1 and 100. In this research, the effect of aspect ratio and Reynolds number on flow physics and heat transfer was investigated, some vortices were investigated such as base vortices, tip vortices, and horseshoe vortices. In the cylinders with aspect ratios of 6, 7, and 8, the first critical Reynolds number, the Reynolds number at which vortex shedding occurs for the first time, was 85±5, 65±5, and 65±5, respectively, and for cylinders with an aspect ratio smaller than 6, vortex shedding occurred above Reynolds number 100. The fluid in this research is air. It was also dedicated that by increasing of Reynolds number in all aspect ratios, steady and transient regime, the drag coefficient decreases and the surface integrated Nusselt number increases. Also, with the increase of the aspect ratio at the same Reynolds number, in the steady and transient regime, the drag coefficient and the Nusselt number increase. In the range of Reynolds numbers, which is a steady flow, bipolar and quadrupole structures were seen, while the time-averaged structure in the transient regime was multipolar, and this was due to the emergence of secondary vortices. The studied range of Reynolds numbers had a strong sensitivity to the domain, which decreased with the increase of Reynolds number and aspect ratio. Finally, a comparison between the steady and transient solver was observed at an aspect ratio of 8 with Re=100, which was a transient flow regime, and it was found that the steady solver does not predict secondary vortices. By comparing the total drag coefficients at Reynolds numbers of 100 and aspect ratios of 6, 7, and 8, it was observed that the more Re increased from Recr1, the differences between the steady and transient solver increased.
Keywords:
Finite circular cylinder, Reynolds number, Aspect ratio, 3 dimensional numerical simulations, Steady and Transient regimen, Onset of vortex shedding, heat transfer.
