شماره مدرك
21340
شماره راهنما
2535 دكتري
پديد آورنده
شيراني فرادنبه، احسان
عنوان
مطالعه تجربي و عددي اثرات نسبت منظري و زاويه حمله بر ساختار جريان سيلندرهاي مستطيلي سه بعدي
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
تبديل انرژي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
19،144
توصيفگر ها
سيلندر سهبعدي , نسبت منظري مقطع , زاويه حمله , جريانسنج سيم داغ , پراب پنج حفره¬اي , مرئي سازي با روغن , شبيه¬سازي ادي¬هاي بزرگ , گردابه نعل اسبي , ضرايب ليفت و دراگ , فركانس ريزش گردابه
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/26
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مكانيك
دانشكده
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/28
كد ايرانداك
23266165
چكيده فارسي
جريان پيرامون سازه¬هاي سه بعدي متصل به كف و داراي انتهاي آزاد در بسياري از كاربردهاي مهندسي و صنعتي مثلا سازه هاي بلند مشاهده ميشود. باوجود تحقيقات فراوان به رفتارشناسي جريان حول سيلندرهاي دوبعدي، جريان حول سيلندرهاي سه¬بعدي واقع بر يك سطح با ارتفاع محدود بويژه با مقطع مستطيلي تحت زاويه، بسيار كمتر مورد بررسي قرارگرفته است. هدف از انجام مطالعه¬ حاضر، بررسي تأثير زاويه حمله در محدوده α=0°-90°، بر يك سازه سهبعدي با مقطع مستطيلي واقع بركف با نسبت منظري مقطع (نسبت طول به عرض، CR) برابر 1، 2، 3 و 4 در نسبت منظري ارتفاع ثابت 7 (نسبت ارتفاع به عرض) بهصورت عددي و تجربي در محدوده اعداد رينولدز (12-48)×103 ميباشد. بررسي عددي بصورت سهبعدي غير دائم به روش شبيه¬سازي گردابه¬هاي بزرگ(LES) انجام شده است. همچنين در محدوده اعداد رينولدز ذكر شده، از آزمايشهاي تجربي به كمك كاوشگر پنج حفره¬اي، جريانسنجي سيم داغ، و مرئيسازي به وسيله روغن در تونل باد براي رفتارشناسي و شناخت الگوهاي مختلف جريان پيرامون جسم استفاده شده و صحت نتايج عددي مورد ارزيابي قرار گرفت. بررسي نتايج عددي و مرئي سازي بهوسيله روغن نشان داد كه سه نوع الگوي گردابههاي نعل اسبي با توجه به نحوه قرارگيري نقاط كانوني، قابل شناسايي است. همچنين نتايج تجربي و عددي حاكي از آن هستند كه وقوع پديده اتصال مجدد لايه برشي به سطح استوانه، براي هر نسبت منظري مقطع در محدودهاي از زواياي حمله و همراه با تشكيل حباب جدايش رخ ميدهد. در يك زوايه بحراني (αc) مقدار اندازه حباب جدايش بيشينه ميشود كه مقدار αc به ترتيب برابر با 15°، 10°، 5° و 0° براي نسبتهاي منظري مقطع 1، 2، 3 و 4 ميباشد. نتايج نشان داد كه در حالي كه در زاويه بحراني (αc) براي هر CR، عدد استروهال به حداكثر مقدار و ضريب درگ به حداقل مقدار خود ميرسند، رفتار ضريب نيروي ليفت در زاويه بحراني به CR بستگي دارد. نتايج اين پژوهش نشان داد كه مقدار فركانس غالب براي هر نسبت منظري مقطع و زاويه حمله، مستقل از موقعيت آن در امتداد ارتفاع استوانه و ساير موقعيتها در ناحيه دنباله است. اين بدان معناست كه ريزش گردابه با فركانس غالب يكساني در سراسر ناحيه دنباله براي هر براي هر نسبت منظري مقطع و زاويه حمله رخ ميدهد. الگوي جريان با مقايسه نتايج پراب پنح حفرهاي و شبيهسازي عددي انجام و تطابق خوبي مشاهده شد. دو نوع گردابه نوك و ثانويه براي همه حالات در ناحيه ويك شكل ميگيرد كه قدرت آنها بستگي به نسبت منظري مقطع و زاويه حمله دارد. مثلا بيشينه قدرت ورتيسيته در جهت جريان در يك موقعيت مشخص براي گردابههاي نوك، در زاويه حمله صفر درجه براي نسبت منظري مقطع 1 و در زاويه 30° براي نسبتهاي منظري مقطع 2 تا 4 رخ ميدهد. در مجموع بررسيهاي انجام شده در اين پژوهش نشان داد كه تطابق خوبي بين نتايج تجربي و عددي كار حاضر وجود دارد.
چكيده انگليسي
Flow around three-dimensional structures attached to the floor with free ends is observed in many engineering and industrial applications, such as tall structures. Despite extensive research on flow around two-dimensional cylinders, flow around three-dimensional cylinders on a surface with limited height, especially with a rectangular cross-section at an angle, has been studied far less. The purpose of the present study is to numerically and experimentally investigate the effect of the angle of attack in the range of α=0°-90° on a three-dimensional structure with a rectangular cross-section located on the floor, with cross-section aspect ratios (ratio of length to width, CR) equal to 1, 2, 3, and 4 at a constant height aspect ratio of 7 (ratio of height to width) in the range of Reynolds numbers (12-48)×103. The numerical investigation was performed as a three-dimensional unsteady simulation using the Large Eddy Simulation (LES) method. In this Reynolds number range, experimental tests using a five-hole probe, hot-wire anemometry, and oil visualization in a wind tunnel were conducted to study the behavior and identify different flow patterns around the body, and to evaluate the accuracy of the numerical results. The investigation of numerical results and oil visualization showed that three types of horseshoe vortex patterns can be identified according to the location of the focal points. Furthermore, the experimental and numerical results indicate that the shear layer reattaches to the cylinder surface for each cross-section aspect ratio over a range of angles of attack, accompanied by the formation of a separation bubble. At a critical angle (αc), the size of the separation bubble becomes maximum, where the value of αc is 15°, 10°, 5°, and 0° for cross-section aspect ratios of 1, 2, 3, and 4, respectively. Results showed that, at the critical angle (αc) for each CR, the Strouhal number reaches its maximum value and the drag coefficient reaches its minimum value, whereas the behavior of the lift force coefficient at the critical angle depends on the CR. The results of this research showed that the dominant frequency value for each cross-section aspect ratio and angle of attack is independent of its position along the cylinder height and other positions in the wake region. This means that vortex shedding occurs with the same dominant frequency throughout the wake region for each cross-section aspect ratio and angle of attack. The flow pattern was determined by comparing the five-hole probe results and numerical simulation, and good agreement was observed. Two types of tip and secondary vortices are formed for all cases in the wake region, the strength of which depends on the cross-section aspect ratio and angle of attack. For example, the maximum streamwise vorticity strength at a specific position for tip vortices occurs at an angle of attack of zero degrees for cross-section aspect ratio 1 and at an angle of 30° for cross-section aspect ratios 2 to 4. Overall, the investigations conducted in this research showed that there is good agreement between the experimental and numerical results of the present work.
استاد راهنما
احمد سوهان كار اصفهاني
استاد مشاور
مجتبي دهقان منشادي
استاد داور
مهدي نيلي احمدآبادي , احمدرضا پيشه وراصفهاني , علي اكبر دهقان