مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی ساختار جریان اطراف دو سیلندر مربعی و مثلثی پشت سر هم

نویسندگان
اسماعیل جان زمین 1
علی اکبر دهقان 2
علیرضا موحدی 3
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد
2 دانشیار دانشگاه یزد
3 دانشگاه یزد
چکیده
در این مطالعه، مشخصات جریان حول دو سیلندر دو بعدی با مقاطع مربع و مثلث متساوی الاضلاع در آرایش‌ پشت سر هم به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش‌ها در تونل باد مدار باز مادون صوت با حداکثر اغتشاشات جریان آزاد0.3 درصد انجام شده است. بررسی‌ها در آرایش پشت سرهم با جابه جا کردن سیلندر مربعی پایین دست در راستای جریان در فواصل مختلف از سیلندر مثلثی بالادست انجام شده است. اندازه‌گیری‌ها در این مطالعه با استفاده از دستگاه‌های فشارسنج 32 کاناله، دستگاه اندازه‌گیری نیرویی و جریان سنج سیم داغ انجام شده است. سیلندر مربعی در فواصل مختلف و اعداد رینولدز 26000و 37000 و 46000 و 51000 در پایین دست سیلندر مثلثی قرار گرفته است. در این مطالعه نیروهای برآ و پسای متوسط و نوسانی وارد بر سیلندر مربعی در فواصل مختلف اندازه‌گیری شده است. همچنین توزیع فشار متوسط و نوسانی روی سطح دو سیلندر در فواصل مختلف از یکدیگر اندازه‌گیری شده است. فرکانس ریزش گردابه در آرایش دو سیلندر پشت سر هم با استفاده از جریان سنج سیم داغ و نوسانات فشار سطحی سیلندرهای بالادست و پایین دست اندازه گیری و مقایسه شده است. از مهم‌ترین نتایج مطالعه حاضرمی‌توان به مشاهده دو الگوی مختلف برای جریان اشاره کرد که در فواصل کمتر از فاصله‌ی بحرانی، ریزش گردابه‌ از سیلندر بالادست رخ نمی‌دهد. در فواصل بیشتر از فاصله‌ی بحرانی ریزش گردابه از هر دو سیلندر مثلثی و مربعی اتفاق می‌افتد. فاصله بحرانی برای این آرایش سه برابر طول ضلع سطح مقطع سیلندرها به دست آمد.
کلیدواژه‌ها
سیلندر مثلثی
سیلندر مربعی
نیروهای آیرودینامیکی
فشار سطحی
آرایش پشت سر هم

عنوان مقاله English

Experimental investigation of flow structure around two dimensional square and triangular tandem cylinders

نویسندگان English

Esmaeil Janzamin 1
Alireza Movahedi 3
1 Ms Student of Mechanical Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
3 Yazd University
چکیده English

In this study, the flow characteristics around two tandem square and equilateral triangle cylinders have been experimentally investigated. Experiments were conducted in an open-circuit subsonic wind tunnel with maximum free-stream turbulence level of 0.3%. Investigations for tandem arrangement were performed by moving the downstream square cylinder along the flow direction at various distances from the upstream triangular cylinder. Measurements were performed using 32-channel pressure transducer, three-component balances and hotwire anemometer. Square cylinder was placed at various distances from the upstream triangular cylinder and the flow Reynolds numbers were chosen to be 26000, 37000, 46000, and 51000. In this study, the mean and fluctuating lift and drag forces were measured for square cylinder at different spacings. Also, the distribution of mean and fluctuating surface pressure on the two-cylinders were measured. The vortex shedding frequency was measured by using both hotwire and surface pressure fluctuations on both cylinders and the results obtained by these two different measurement methods were compared. One of the most important outcome of the present study is the observation of two different flow patterns. It is noticed that the vortex shedding from the upstream cylinder was eliminated for cylinder distances lower than the critical spacing while for distances more than the critical spacing, the vortex shedding occurs from both triangular and square cylinders. The critical distance for this arrangement was obtained to be around three times of the length of the side length of the cylinders.

کلیدواژه‌ها English

Triangular cylinder
Square cylinder
Aerodynamic forces
Surface pressure
Tandem arrangement
[1] X. Wang, Z. Hao, J. X. Zhang, S. Tan, Flow around two tandem square cylinders near a plane wall, Experiments in Fluids, Vol. 55, No. 10, pp. 1818-1828, 2014.
[2] A. Ajilian Momtaz, A. Farshidianfar, Study of effects of control cylinders usage with different arrangements on vortex-induced vibrations in Lock-in area, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 4, pp. 105-117, 2013. (in Persian فارسی(
[3] P. Dey, A. K. Das, Steady flow over triangular extended solid attached to square cylinder–A method to reduce drag, Ain Shams Engineering Journal, Vol. 6, No. 3, pp. 929-938, 2015.
[4] H. Sakamoto, H. Hainu, Y. Obata, Fluctuating forces acting on two square prisms in a tandem arrangement, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 26, No. 1, pp. 85-103, 1987.
[5] T. Igarashi, Drag reduction of a square prism by flow control using a small rod, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 69, No. 5, pp. 141-153, 1997.
[6] P. C. Lu, C. M. Cheng, C. W. Cheng, Aerodynamic forces on two stationary and oscillating square prisms in tandem and side by side arrangements, Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol. 21, No. 5, pp. 535-546, 1998.
[7] M. K. Kim, D. K. Kim, S. H. Yoon, D. H. Lee, Measurements of the flow fields around two square cylinders in a tandem arrangement, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 22, No. 2, pp. 397-407, 2008.
[8] N. Salam, I. Wardana, S. Wahyudi, D. widhiyanuriyawan, fluid flow through triangular and square cylinders, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, Vol. 8, No. 2, pp. 193-200, 2014.
[9] N. Salam, I. Wardana, S. Wahyudi, D. widhiyanuriyawan, pressure distribution of fluid flow through triangular and square cylinders, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, Vol. 8, No. 3, pp. 263-267, 2014.
[10] S. R. L. Samion, M. S. M. Ali, A. Abu, C. J. Doolan, R. Z. Y. Porteous, Aerodynamic sound from a square cylinder with a downstream wedge, Aerospace Science and Technology, Vol. 53, No. 5, pp. 85-94, 2016.
[11] Y. Tamura, A. Kareem, Advanced Structural Wind Engineering, First Edittion, pp. 305-320, NewYork: Springer, 2013.
[12] J. Dorneanu, A. Mueller, P. Rambaud, E. Weide, A. Hirschberg, Tonal and silent wake modes of a square rod at incidence, ACTA Acustica United with Acustica, Vol. 102, No. 3, pp. 419-422, 2016.
[13] C. W. Knisely, Strouhal numbers of rectangular cylinders at incidence: a review and new data, Journal of Fluids and Structures, Vol. 4, No. 4, pp. 371-393, 1990.
[14] B. Lee, The effect of turbulence on the surface pressure field of a square prism, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 69, No. 2, pp. 263-282, 1975 .
[15] T. Okamoto, M. Yagita, K. Ohtsuka, Experimental investigation of the wake of a wedge, Bulletin of JSME, Vol. 20, No. 141, pp. 323-328, 1977.
[16] A. Protos, V. Goldschmidt, G. H. Toebes, Hydroelastic forces on bluff cylinders, Journal of Basic Engineering, Vol. 90, No. 3, pp. 378-386, 1968.
[17] C. Twigg-Molecey, W. D. Baines, Aerodynamic forces on a triangular cylinder, Journal of the Engineering Mechanics Division, Vol. 99, No. 4, pp. 803-818, 1973.
[18] A. Movahedi, A. Sohankar, M. Dehghan Manshadi, Experimental investigation of turbulent flow around a 3d square cylinder with wall effect, Sharif Mechanical Engineering Journal, Vol. 30, No. 3, pp. 65-77, 2014. (in (فارسی Persian
[19] S. Gowing, Pressure and Shear Stress Measurement Uncertainty for DARPA SUBOFF experiment, DTIC, Maryland, pp.1-25, 1990.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 2
اردیبهشت 1397
صفحه 135-146