پديد آورنده :
مشهدي، عارف
عنوان :
شبيه سازي عددي دو و سه بعدي جريان عبوري از روي سيلندر مستطيلي با نسبت منظري مختلف در اعداد رينولدز كم و متوسط
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
شانزده، 115ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
احمد سوهانكار
استاد مشاور :
ابراهيم شيراني
توصيفگر ها :
سيلندر هاي دو بعدي مستطيلي , نسبت منظري , عدد رينولدز , شبيه سازي دو و سه بعدي , آغاز ريزش گردابه , گذار جريان ويك , ناپايداري
استاد داور :
محمدرضا توكلي، مهدي نيلي احمد آبادي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/03/08
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/03/09
چكيده فارسي :
چكيده در اين پژوهش عددي جريان عبوري از روي سيلندرهاي دو بعدي با مقطع مستطيلي در اعداد رينولدز 03 006 و نسبتهاي منظري طول به عرض مقطع سيلندر 52 0 5 0 1 2 3 و 4 با استفاده از نرم افزار فلوئنت مورد مطالعه قرار گرفته است در اين تحقيق شبيه سازي عددي دو يا سه بعدي بر حسب محدوده اعداد رينولدز مورد بررسي انجام شده است تمركز اصلي در اين پژوهش بررسي تاثير عدد رينولدز و نسبت منظري بر روي ساختار و فيزيك جريان و همچنين پارامترهاي كلي انتگرالي است عدد رينولدز بحراني اول كه ريزش گردابه شروع مي شود و جريان از حالت پايا به ناپاياي پريوديك دوبعدي تبديل ميگردد براي هريك از نسبتهاي منظري شناسايي شد نتايج نشان داد كه عدد رينولدز بحراني اول به صورت خطي با افزايش نسبت منظري افزايش مييابد همچنين محدوده اعداد رينولدز بحراني دوم كه جريان ويك از حالت دوبعدي به سهبعدي تبديل ميشود نيز براي هريك از نسبتهاي منظري بدست آمد مشاهده گرديد كه عدد رينولدز بحراني دوم با افزايش نسبت منظري بيشتر ميشود الزم به ذكر است كه براي اعداد رينولدز كمتر از عدد رينولدز بحراني دوم شبيه سازيهاي عددي دو بعدي و پس از آن شبيه سازي عددي سه بعدي مستقيم بدون مدل توربوالنسي انجام شده است با بررسي نحوه جدايي جريان در اعداد رينولدز و نسبت منظري مختلف سه الگو در جريان متوسط شناسايي شد در الگوي اول جدايش جريان تنها در گوشههاي پشتي سيلندر رخ ميدهد و هيچ گونه گردابهاي روي سطح بااليي پاييني سيلندر مشاهده نميشود با افزايش عدد رينولدز جدايش جريان در گوشه هاي جلويي سيلندر رخ ميدهد و گردابهاي روي سطح در جهت جريان ايجاد ميشود و در پي آن نقطه اتصال مجدد روي سيلندر ايجاد شده كه الگوي دوم ناميده ميشود با افزايش عدد رينولدز الگوي سومي مشاهده ميشود كه اين بار جريان از گوشههاي جلويي استوانه جدا ميشود و كل سطح استوانه را گردابه فرا ميگيرد و نقطه اتصال مجدد روي سطح سيلندر رخ نميدهد در اين حالت نقاط زيني در نزديكي گوشه پشتي به وجود ميآيد شبيه سازيهاي سه بعدي نشان داد كه سه ناپايداري مد A A مد A همراه با جابجايي گردابه و B در جريان ويك سه بعدي بوجود ميآيد طول موج در راستاي طولي براي هريك از اين مدها تعيين شد نتايج نشان داد كه هر چند طول موج براي مد B تابع نسبت منظري نيست اما اين وابستگي در مد A ديده ميشود عالوه بر موارد مطرح شده الگوهاي جريان متوسط و لحظهاي نيز بررسي شد پارامترهاي آيروديناميك همچون ضرايب دراگ فشاري اصطكاكي ليفت ضريب فشار پشت سيلندر مجذور ميانگين مربعات ليفت و دراگ عدد استروهال و بررسي گرديد نتايج اين بررسيها نشان داد كه رفتار اين پارامترها وابستگي شديدي به رژيم جريان پايا دو بعدي ناپايا و سه بعدي و همچنين نسبت منظري و عدد رينولدز دارد به طور كلي با گذار از جريان دوبعدي به سه بعدي مقدار پارامترهايي چون ضرايب دراگ و عدد استروهال افت نسبتا شديدي در عبور از عدد رينولدز بحراني دوم دارند بررسي مولفه هاي تنشهاي نوساني عمودي و برشي نشان داد كه قدرت گردابه با تنشهاي رينولدز مجذور ميانگين مربعات ليفت و دراگ اندازه ورتيسيته و انرژي جنبشي رابطه مستقيم داشته كه به طور كلي اين پارامترها با افزايش عدد رينولدز و كاهش نسبت منظري زياد ميشوند همچنين مشخصات هندسي گردابهها بررسي وارتباط آنها با ضرايب آيروديناميك مشخص شد به عنوان نمونه مشاهده شد كه طول گردابه پشت سيلندر رابطه معكوسي با ضريب فشار پشت سيلندر در تمامي رژيمهاي جريان دارد كلمات كليدي سيلندر هاي دو بعدي مستطيلي نسبت منظري عدد رينولدز شبيه سازي دو و سهبعدي آغاز ريزش گردابه گذار جريان ويك ناپايداري
چكيده انگليسي :
Two and three dimensional simulations of flow over rectangular cylinders with different aspect ratios at low and moderate Reynolds numbers Aref Mashhadi aref mashhadi@me iut ac ir Date of Submission 02 24 2021 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Ahmad Sohankar asohankar@cc iut ac irAbstract In this numerical study unconfined flows over rectangular cylinders are conducted by using commercialcomputational fluid dynamics package ANSYS FLUENT at Reynolds number Re 30 600 The cylindercross sectional aspect ratio AR length to width is varied as 0 25 0 5 1 0 2 0 3 0 and 4 0 Based on the Reranges two or three dimensional simulations are performed The focus is given on how AR and Re effect theflow structure and relevant aerodynamic parameters The first critical Reynolds number Recr1 associatedwith the transition from the steady flow to the two dimensional unsteady flow is determined for each AR andfound to linearly increase with increasing AR The similar investigation is conducted for the second criticalReynolds number Recr2 where the two dimensional unsteady flow transmutes into the three dimensionalunsteady flow A larger Re is required for a larger AR to have the onset of vortex shedding or the transitionfrom two dimensional flow to the three dimensional It should be mention that 2D simulations are performedfor Re Recr1 while 3D direct numerical simulations without using turbulence model are carried out for Re Recr1 Three distinct patterns of the flow separation and reattachment are identified by investigating time averaged streamlines in the ranges of Re and AR examined In pattern I the flow separation occurs at the rearcorner of the cylinder no reattachment or separation bubble emerging on the side surface In pattern II theflow separates from the front corner and reattaches on the side surface forming a separation bubble on theside surface Finally with increasing Re pattern III occurs where the flow separates from the frontal cornerand no reattachment takes place In this condition saddle point emerges above the rear corner and separationbubbles cover the whole of the up down cylinder surfaces It is shown that the wake transition involves threeinstabilities which are called mode A A and B The span wised wave length is identified for each mode Theresults illustrate that in contrast to mode B mode A is dependent of aspect ratio Furthermore instant andtime averaged flow patterns are examined Aerodynamic parameters are analyzed such as drag pressure andfriction lift coefficients root mean square of lift and drag Strouhal number etc Analyzing showed thatthese parameters are highly depended on regimes steady 2D unsteady and 3D and AR General speaking inwake transition drag and lift coefficients and also Strouhal number suffer relatively intense decline at Recr2 Investigating of oscillatory stresses normal shear showed that vortex strength has direct relation withReynolds stress root mean square of lift and drag vorticity and also kinetic energy which beef up withincreasing Re and diminishing with AR geometric characteristics of wake are studied and found their relationwith aerodynamic parameters As an example it is observed that stream wise length of recirculation bubblebehind the cylinder has inverse relation with magnitude of time averaged base pressure coefficient Keywords 2D rectangular cylinders aspect ratio Reynolds number two and three dimensionalsimulations onset of vortex shedding wake transition instability116
استاد راهنما :
احمد سوهانكار
استاد مشاور :
ابراهيم شيراني
استاد داور :
محمدرضا توكلي، مهدي نيلي احمد آبادي
