مطالعه تجربي و عددي اثرات نسبت منظري و زاويه حمله بر ساختار جريان سيلندرهاي مستطيلي سه بعدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مكانيك

دكتري

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.

238491

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان