Mustafa SÖYLER, Coşkun ÖZALP, Doğan Burak SAYDAM, Cemre POLAT

Dönen Bir Silindir Etrafındaki Akış Yapısının PIV Yöntemi ile Deneysel Olarak İncelenmesi

Bu çalışmada 25 mm çaplı düz yüzeyli bir silindire saat yönü ve saatin tersi yönünde farklı dönme oranları (α=0.5, 1, 1.5, 2, 4) uygulandığında silindir etrafında oluşan akış yapısı deneysel olarak incelenmiştir. Öncelikle silindirin sabit olduğu durum için deneyler gerçekleştirilmiş, daha sonra da silindire farklı hızlarda ve yönlerde silindirin merkezinden dönme hareketi verilerek silindir etrafındaki akış yapısının değişimi incelenmiştir. Düşük dönme oranlarının (α) akış kontrolünde yetersiz olduğu, dönme oranının artması ile akış kontrol etkinliğinin arttığı görülmüştür. Sonuç olarak, düşük dönüş hızlarında silindirin dönme oranının olmadığı duruma benzer girdaplar oluşmaya başlamış ve Karman girdap caddesi dönme yönüne doğru sapmıştır. Fakat dönmenin etkisiyle oluşan girdapların küçülmesi Karman girdap caddesi boyutunu dönmeyen silindire göre daralmıştır. Yüksek dönme oranlarında sınır tabaka ayrılmasının ötelendiği, ölü akış bölgesinin silindire doğru daraldığı ve akış yönünde oluşan Karman girdap caddesinin oluşmadığı gözlenmiştir. Yüksek dönme oranları akış yönünde oluşan girdap kopmalarının tamamıyla ortadan kaybolmasına ve akışın dönme yönüne doğru bozulmadan ilerlemesine neden olmuştur.

Experimental Investigation of Flow Around a Rotating Cylinder with PIV Technique

In this study, the flow structure around a cylinder with active flow control has been experimentally investigated. A cylinder which has 25 mm diameter smooth surface at different rotational ratios (α=0.5, 1, 1.5, 2, 4) both clockwise and counterclockwise directions, was investigated. First, experiments were made for its non-rotational state, then the cylinder was rotated from the center at different ratios clockwise and counterclockwise, changes in the flow structure were obtained. It has been observed that lower rotational ratios (α) are insufficient in flow control, but flow control efficiency increases with increasing rotational ratios. As a result, vortices began to form at low rotational speeds and the Karman vortex street was bent in the direction of rotation. However, the shrinkage of the vortices formed by the effect of the rotation narrowed the Karman vortex street compared to the non-rotating cylinder. It was observed that the boundary layer separation was shifted at high rotational ratios, the thickness of wake region reduces, and the Karman vortex Street formed in the flow direction did not occur. High rotational ratios caused the vortex separations in the flow direction to disappear completely, and the flow diverge towards the direction of rotation without distortion.

PDF

___

Akbıyık H., Akansu Y., Yavuz H. Active control of flow around a circular cylinder by using intermittent DBD plasma actuators, Flow Measurement and Instrumentation 2007; 53: 215-220.
Alnak DE., Varol Y., Firat M., Oztop HF., Ozalp C. Experimental and numerical investigation of impinged water jet effects on heated cylinders for convective heat transfer. International Journal of Thermal Sciences 2019; 135: 493-508.
Dai C., Jia L., Zhang J., Shu Z., Mi J. On the flow structure of an inclined jet in crossflow at low velocity ratios. International Journal of Heat and Fluid Flow 2016; 58: 11-18
Firat E., Ozkan GM., Akilli H. PIV measurements in the near wakes of hollow cylinders with holes. Experiments in Fluids 2017; 58(5): 39.
Hassanzadeh R., Rahimi R., Khosravipour A., Mostafavi S., Pekel H. Analysis of natural convection in a square cavity in the presence of a rotating cylinder with a specific number of roughness components, International Communications in Heat and Mass Transfer 2020; 116: 104708.
Jalalisendi M, Panciroli R, Cha Y, Porfiri M. A particle image velocimetry study of the flow physics generated by a thin lamina oscillating in a viscous fluid. Journal of Applied Physics 2016; 115(5): 054901.
Kumar S., Lopez C., Probst O., Francisco G., Askari D., Yang Y. Flow past a rotationally oscillating cylinder, Journal of Fluid Mechanics 2013; 735: 307.
Mittal S., Kumar B. Flow past a rotating cylinder. Journal of Fluid Mechanics 2003; 476: 303-334.
Ozalp C, Polat C, Saydam D, Söyler M. Dye Injection flow visualization around a rotating circular cylinder. European Mechanical Science 2020; 4(4): 185-189 .
Pralits JO., Brandt L., Giannetti F. Instability and sensitivity of the flow around a rotating circular cylinder, Journal of Fluid Mechanics 2010; 650: 513.
Schulmeister JC., Dahl JM., Weymouth GD., Triantafyllou MS. Flow control with rotating cylinders, Journal of Fluid Mechanics 2017; 825: 743-763.
Wang L., Luo Z., Xia Z., Liu B., Deng XR eview of actuators for high speed active flow control. Science China Technological Sciences 2012; 55(8): 2225-2240.
Wang XK., Li YL., Yuan SQ., Tan SK. Flow past a near-wall retrograde rotating cylinder at varying rotation and gap ratios. Ocean Engineering 2018; 156: 240-251.
Xu C., Mao Y., Hu Z. Control of cylinder wake flow and noise through a downstream porous treatment, Aerospace Science and Technology 2019; 88: 233-243.