عنوان پایان‌نامه
مدل سازی عددی تاثیرات دیواره برمشخصات جریانهای آشفته حول یک استوانه مربعی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41194;کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1552
- تاریخ دفاع
- ۲۵ خرداد ۱۳۸۸
- دانشجو
- حسن بابایی
- استاد راهنما
- مهرداد رئیسی دهکردی
- چکیده
- در این پایان¬نامه حل عددی جریان آشفته حول یک استوانه مربعی در نزدیکی دیواره ارائه شده¬است. عدد رینولدز جریان بر اساس قطر استوانه و سرعت جریان آزاد 22000 است. برای مدل¬سازی آشفتگی از مدل¬های دو لایه¬ای خطی و غیر خطی و برای مدل¬سازی آشفتگی در کنار دیواره اصلی و دیواره¬های اطراف استوانه از مدل یک معادله¬ای استفاده شده¬است. نتایج توسط یک کد عددی که مبتنی بر روش حجم محدود است به¬دست آمده¬اند. میدان فشار با استفاده از روش تصحیح فشار سیمپل به¬دست آمده است. معادلات حاکم در یک شبکه نیمه جابه¬جا شده گسسته¬سازی شده است و ترم¬های جابه¬جایی در تمام معادلات حاکم با استفاده از روش کوئیک مرتبه سوم تقریب زده شده¬اند. برای منفصل¬سازی ترم¬های زمانی در معادلات حاکم از روش ضمنی استفاده شده است. نتایج مدل¬سازی (پارامترهای مختلف میدان جریان شامل بردارهای سرعت، خطوط جریان، پروفیل¬های سرعت در فواصل مختلف از استوانه، عدد استروهال و ضریب پسا، تنش¬های آشفتگی و جمله¬های تولید آشفتگی) نشان می¬دهند که مدل¬سازی عددی حاضر، در تطابق با نتایج آزمایشگاهی، رفتار ریزش گردابه از استوانه در فاصله¬های مختلف را به¬خوبی پیش¬بینی می¬کند. بر اساس فاصله استوانه با دیواره جریان¬های مختلف با رفتارهای دینامیکی (مانند ریزش گردابه) مختلفی رخ می¬دهد. در جریان حول استوانه به¬دور از دیواره (مانند ) ریزش گردابه به¬صورت تناوبی و منظم از دو طرف استوانه رخ می¬دهد. با نزدیک شدن استوانه به دیواره (مانند ) شکل ریزش گردابه در دو طرف استوانه با هم متفاوت می¬شود و عدد استروهال تغییر می¬کند. گردابه¬های نزدیک دیواره ضعیف و کشیده¬تر می¬شوند و گردابه¬های بالای استوانه در نقاط بالاتری نسبت به استوانه تشکیل و ریزش می¬کنند. با نزدیک¬تر شدن استوانه به دیواره ( ) اثرات غیر دائمی بودن جریان کم و ریزش گردابه¬ها نامنظم می¬شود. با نزدیک¬تر کردن استوانه (مانند ) از یک فاصله بحرانی به بعد، جریان دائم و ریزش گردابه¬ها کاملاً متوقف می¬شود. بنابراین به¬طور کلی چهار وضعیت مختلف برای استوانه وجود دارد. محدوده¬های فاصله در این چهار ناحیه در این پایان¬نامه مشخص شده¬است. نتایج به¬دست آمده از حل عددی و داده¬های آزمایشگاهی نشان می¬دهند که مدل دو لایه¬ای غیر خطی میدان¬های سرعت و تنش¬های رینولدز را بهتر از مدل دو-لایه¬ای خطی پیش¬بینی می¬کند. در این پایان¬نامه قسمت¬های مختلف تشکیل دهنده جمله¬های تولید تنش¬های رینولدز و تولید انرژی جنبشی آشفتگی به¬طور مجزا مورد بررسی قرار خواهند گرفت و اهمیت هر کدام در تولید تنش و تولید انرژی جنبشی آشفتگی مشخص می¬شود.
- Abstract
- In this dissertation the numerical simulation of turbulent vortex shedding flow around a square cylinder in various distances of a wall is presented and discussed. The main objective is to investigate the effects of wall proximity on the flow structure. The Reynolds number of flow based on cylinder diameter and free stream velocity is 22000. For modeling of turbulence the Two-Layer Linear and Nonlinear models have been used. Moreover, for modeling of near wall regions the one-equation turbulence model has been utilized. The present numerical results have been obtained using a finite-volume code which solves the governing equations in a vertical plane located at the lateral mid-point of the channel. The pressure field is obtained with the SIMPLE algorithm. A bounded version of the third order QUICK scheme is used for the convective terms. First-order accurate fully implicit method is used for time discretization in connection with a relatively small time-step. Comparison of numerical results with experimental data (including velocity vectors, streamlines, velocity profiles, Strouhal number, Drag coefficient and turbulent stresses) shows that the vortex shedding behavior can be moderately represented by the Two-Layer Nonlinear model. Base on the gap distance between cylinder and wall, various vortex shedding behaviors have been observed. When cylinder is placed far from the wall (e.g. ) vortices are shed regularly and symmetrically from both upper and lower sides of cylinder. If the cylinder approaches to the wall (e.g. ), vortex shedding from sides are different and Strouhal number changes. The vortices shed from the lower side of cylinder are elongated and weakened while the upper side vortices are formed in higher points relative to the cylinder. If the cylinder approaches closer to the wall (e.g. ) the unsteadiness of the flow is not completely observed and regular vortex shedding does not occur. Further movement of the cylinder to the wall from (e.g. ) results in suppression of vortex shedding and steady flow behavior. Therefore, four different states of vortex flow behavior can be detected base on the various distances of square cylinder to wall.
