Simulation of 2-D flows over stationary and moving boundaries by discrete vortex method
Sabit ve hareketli küt cisimlerin etrafındaki iki boyutlu akışların ayrık girdap yöntemiyle incelenmesi
- Tez No: 762506
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR KURÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Ayrık Girdap Yöntemi kullanılarak geliştirilen bir hesaplama programıyla, sabit veya serbest hareket altında dairesel ve kare silindirler etrafındaki iki boyutlu düşük ila orta Reynolds sayılı akışlar incelenmiştir. Vortisite gradyanını simüle etmek için üç farklı difüzyon yöntemi, Rastgele Yürüyüş, Parçacık Değeri Değişimi ve Vortisite Yeniden Dağılımı yöntemleri kullanılmıştır. Bu difüzyon yöntemleri kullanarak sabit bir kare silindir üzerinden geçen Re = 200, 500, 1000 akışlar için elde edilen sonuçlar birbirleriyle ve önceki sayısal ve deneysel çalışmalardan toplanan kapsamlı verilerle karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlar, RMS kaldırma ve ortalama sürükleme katsayıları, Strouhal sayısı ve taban basınç katsayısı cinsinden sunulmuştur. Ayrıca, kesit yüzeyi etrafındaki basınç dağılımının ortalama ve dalgalanmalarının yanı sıra iz özellikleri de sunulmaktadır. Bu üç yöntem arasında incelenen akış parametrelerini en yakın bulan ve kabul edilebilir bir sürede çözümleme olanağı sağlayan PSE yöntemi takip edilen çalışmalar için seçilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, dairesel ve kare silindirlere sabit rotasyon hızı verilmiş ve sabit rotasyon hızındaki artışın, akışı nasıl etkilediği incelenmiştir. Bir küt cisimi kendi ekseni etrafında döndürmeye maruz bırakmak, sürükleme kuvvetlerini etkili bir şekilde azaltır ve dalgalanan kaldırma kuvvetlerini bastırır. Her iki silindir de üniform bir akışa (Re = 200) ve dairesel silindir için 0 ≤ α ≤ 5.5 ve kare silindir için 0 ≤ α ≤ 5 sabit bir dönüş hızı aralığına maruz bırakılmıştır. Geliştirilen programla, girdap kopmalarının bastırılması için kritik bir rotasyon hızı literatürle uyumlu bir şekilde hesaplanabilmektedir. Her iki silinder de, ortalama kaldırma katsayısında sistematik bir artış ve ortalama sürükleme katsayısında genel bir azalan eğilim tespit edilmiştir. Dairesel silindir de yüksek rotasyon hızlarında girdap kopmaları yeniden ortaya çıkmış, kare silindirde ise, cismin arkasındaki izden bağımsız olarak gelişen, yakın cisim bölgesinde lokal iz oluşumu fark edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında, akışkan-yapı etkileşimi üniform bir akışa (Re = 200) maruz kalan ve akışa paralel yönde hareket etmekte serbest olan dönen dairesel bir silindirin akış kaynaklı titreşimi inceleyerek araştırılmıştır. Bu çalışma, böyle bir durumun Ayrık Girdap Yöntemine dayalı olarak sonuçlarını bildiren ilk çalışmadır. Silindirin tepkisinde iki tür titreşim gözlenmiştir. Düşük genlikli, yüksek frekanslı titreşimlerle karakterize edilen birinci tip (VIV tipi titreşim), düşük dönüş hızlarında tespit edilmiştir. İkinci tip (galloping benzeri titreşim), daha yüksek dönüş hızı aralıklarının özelliği olan yüksek genlikli ve düşük frekanslı salınımlarla bağlantılıdır. Her titreşim bölgesi, belirli iz kalıpları ile karakterize edilmiştir.
Özet (Çeviri)
A Discrete-Vortex Method (DVM)-based in-house code is developed and implemented to simulate two-dimensional low to medium-Reynolds number flows around circular and square cylinders undergoing either prescribed or free motions. To simulate the vorticity gradient, three different diffusion schemes, Random Walk, Particle Strength Exchange, and Vorticity Redistribution methods, are utilized. The performance of these diffusion schemes is examined by conducting simulations of flow passing over a stationary square cylinder for 𝑅𝑒 = 200, 500, 1000. The results obtained from these cases are compared against each other and the comprehensive data collected from previous numerical and experimental studies. These results are presented in terms of RMS lift and mean drag coefficients, Strouhal number, and base pressure coefficient. Also presented are the wake characteristics, as well as the mean and fluctuations of pressure distribution around the body surface. Based on its reasonable agreement with the literature and affordable computational cost, PSE is selected as the diffusion scheme for the subsequent studies.. The second part of the study examines the performance of the present algorithm on the moving boundary case; circular and square cylinders rotating with constant velocity. Subjecting a bluff body to rotary about its axis effectively reduces drag forces and suppresses the fluctuating lift forces. Both cylinders are exposed to a uniform flow of 𝑅𝑒 = 200 and an imposed rotation rate range of 0 ≤ 𝛼 ≤ 5.5 for the circular, and 0 ≤ 𝛼 ≤ 5 for the square cylinder. The present numerical tool is able to predict the vortex shedding suppression as a result of forced rotation. For both cases, a systematic increase in the time-averaged lift coefficient and a general descending trend in the time-averaged drag coefficient are detected. The second mode of vortex shedding for the circular cylinder is captured within a narrow range of rotation rates. A noticeable feature of the flow over rotating square cylinders is the emergence of local wakes in the near-body region, which develop independently from the wake behind the body. In the last part of the study, the fluid-structure interaction phenomenon is explored by studying the flow-induced vibration (FIV) of a rotating circular cylinder exposed to a uniform flow of 𝑅𝑒 = 200 and free to move in the direction parallel to the flow. The current study is the first to report the results of such a case numerically based on the Discrete Vortex Method. Two types of vibration are observed in the response of the cylinder. The first type (VIV-type vibration), characterized by low-amplitude, high-frequency vibrations, is detected in lower rotation rates. The second type (galloping-like vibration) is linked with high-amplitude and low-frequency oscillations, characteristic of the higher rotation rate ranges. Each vibration region is characterized by specific wake patterns.
Benzer Tezler
- Yüksek gerilim hatlarının elektromagnetik etkileri
Electromagnetic effects of high voltage transmission lines
F.BURAK KIRCADAĞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. MUZAFFER ÖZKAYA
- Oluklu sıvı sızdırmazlık sistemlerindeki kaçak akış miktarının sayısal olarak incelenmesi
Numerical investigation of leakage amount in grooved liquid seal
ÖMER DEHAN ÖZBOZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ VEDAT TEMİZ
- Yüksek hızlı akışlarda asimetrik üç boyutlu şok tahmin algoritması geliştirilmesi
Development of asymmetric 3d shock prediction algorithm for high speed flows
BERKAY DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SITKI USLU
- Electromechanical analysis of linear compressor for household refrigerators
Ev tipi buzdolabı için lineer kompressörün elektromekanik analizi
ADNAN HASSAN
Doktora
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL LAZOĞLU