Düzenli akıntı durumunda tabana oturan ve yarı gömülü eliptik bir silindir etrafındaki akımın sayısal incelenmesi

Düzenli akıntı durumunda, tabana oturan ve yarı gömülü eliptik bir silindir etrafındaki akım alanı sayısal olarak incelenmiştir. Memba ve mansapta oluşan ayrılma bölgelerinin genişliklerinin belirlenmesi amacıyla, sonlu elemanlar yöntemine dayalı olarak çalışan ANSYS hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) paket programı, olayı idare eden denklemlerin çözümünde kullanılmıştır. Sayısal hesaplamalarda, farklı ağ sistemleri için, k-e ve k-w türbülans modelleri kullanılmıştır. Tabana oturan dairesel bir silindir etrafındaki akım için en iyi ağ sistemi ve türbülans modeli, daha önce yapılan çalışmalarla karşılaştırılarak belirlenmiştir. Ayrılma bölgeleri için elde edilen sayısal verilerin, literatürle uyumlu olduğu belirlenmiştir. Aynı ağ yapısı ve türbülans modeli, tabana oturan ve yarı gömülü eliptik bir silindirin memba ve mansabındaki ayrılma bölgelerinin belirlenmesinde kullanılmıştır. Sayısal veriler, eliptik silindir mansabında oluşan ayrılma bölgesi genişliklerinin dairesel silindirin mansabındakine oranla çok daha küçük kaldığını göstermektedir.

Numerical investigation of flow around a surface mounted and semi-buried elliptical cylinder steady current

The flow around a surface mounted and semi-buried elliptical cylinder is investigated numerically in a steady current. To determine the length of upstream and downstream separation regions, the governing equations solved by using a computational fluid dynamics (CFD) software package, ANSYS, which is based on finite element method. The numerical simulations are carried out using $k-varepsilon$ and $k-omega$ turbulence models for different mesh systems. The best mesh system and better turbulence model for flow around a surface mounted circular cylinder are selected by comparing with studies in literature. The numerical result for the separation regions seem to compare well with other studies. To determine the length of the separation regions upstream and downstream of a surface mounted and semi buried elliptical cylinder, same mesh system and turbulence model is used. Numerical results indicated that the length of the separation regions near the downstream of the elliptical cylinder is much smaller than downstream separation region of a circular cylinder

PDF

___

1. Bearman P W, Zdravkovich M M. “Flow Around a Circular Cylinder Near a Plane Boundary”, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 89, 33-47, 1978.
2. Grass A J, Raven P W J, Stuart R J, Bray J A. “The influence of boundary layer velocity gradients and bed proximity on vortex shedding from free spanning pipelines.” Journal of Energy Resources Technology, Vol. 106, 70-78, 1984.
3. Zdravkovich M M. “Forces on a circular cylinder near a plane wall”. Applied Ocean Research, Cilt 7, 197-201, 1985.
4. Zdravkovich M M. Flow around circular cylinders, vol. 1. Oxford. Oxford University Press, 1997.
5. Lei C, Cheng L, Kavanagh K. Re-examination of the effect of a plane boundary on force and vortex shedding of a circular cylinder. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamicsü, Vol. 80: 263-286, 1999.
6. Price S J, Sumner D, Smith J G, Leong K, Paidoussis M P. 2002. “Flow visualization around a circular cylinder near to a plane wall. Journal of Fluids and Structures, Vol. 16, No 2, 175-191, 2002.
7. Dipankar A, Sengupta T K. “Flow past a circular cylinder in the vicinity of a plane wall”. Journal of Fluids and Structures, Cilt 20, 403-423, 2005.
8. Liang D, Cheng L. “Numerical modeling of flow and scour below a pipeline in currents Part I. Flow simulation”. Coastal Engineering, Vol. 52, 25-42, 2005.
9. Kırkgöz M., S., Öner A., A., “Yatay bir dairesel silindir etrafındaki akımda hız alanının deneysel ve teorik incelenmesi”. ÇÜ Müh.-Mim. Fak. Dergisi, Cilt 21, 85-98, 2006.
10. Öner A., A., Kırkgöz M., S., “Düzenli akımda tabana yakın yatay silindir yüzeyinde ve tabanda kayma gerilmesi dağılımlarının deneysel incelenmesi” ÇÜ Müh.-Mim. Fak. Dergisi, Cilt 22, 93-106, 2007.
11. Aköz M., S., Öner A., A., Kırkgöz M., S., “Tabana yakın bir silindir etrafındaki akımın farklı türbülans modelleri ile saysal modellenmesi” ÇÜ Müh.-Mim. Fak. Dergisi, Cilt 22, 107-118, 2007.
12. Jensen B., L., “Large scale vortices in the wake of a cylinder placed near a wall.” Second International Conferece on Laser Anemometry, University of Strathclyde, UK, 1-11, 1987.
13. Brors B., “ Numerical modeling of flow and scour at pipelines”. J. Hydr. Eng. 125, 511-523, 1999.
14. Hatipoglu F, Avci I. “Flow around a partly buried cylinder in a steady current”. Ocean Engineering; Vol. 30, 239-249, 2003.
15. Ota T., Nishiyama H., Taoka Y. “Heat transfer and flow around an eliptic cylinders in subcritical flow” AIAA Journal, Vol. 27, 1771-1779, 1984.
16. Ota T., Nishiyama H., Taoka Y. “Flow around an eliptic cylinder in the critical Reynolds number regime ” Journal of Fluids Engineering, Vol. 109, 149-155, 1987.
17. Choi J H, Lee S J. “Ground effect of flow around an elliptic cylinder in a turbulent boundary layer”. Journal of Fluids and Structures, Vol. 14: 697-709, 2000.
18. Johnson S., A., Thompson M., C., Hourigan K., “Flow past elliptical cylinders at low Reynolds number”. 14. Australian Fluid Mechanics Conference, Adelaide University, Australia, 2001.
19. Wilcox D C. Turbulence modeling for CFD. California. DCW Industries Inc.; 2000.
20. Wilcox D C. “Reassessment of the scaledetermining equation for advanced turbulence models”. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, Vol. 26, No 11, 1299-1310, 1988.