vortex-induced vibration
در نشریات گروه مکانیک-
تقاضای انرژی جهانی سالانه 8/ 1درصد بین سال های 2000 تا 2030 افزایش خواهد یافت. گاز دی اکسید کربن به طور متوسط تا1/2 درصد در سال افزایش می یابد کمبود انرژی و آلودگی هوا دو معضل بزرگ بشریت می باشد استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر با کمترین آلودکی محیط زیست از اهمیت بسزای برخوردار است وتوجه به کم بودن اثر آلودگی برداشت انرژی از باد اکثر محققان را به سمت تحقیق در مورد این نوع انرژی سوق داده است. انرژی باد یکی از منابع انرژی تجدید پذیر است نسل جدید توربین های بادی بدون پره برمبنای سازه انعطاف پذیر می باشد این مقاله مروری بر 67 تحقیق بنیادین در این حوزه جدید که در حال بررسی توسط محققین می باشد است .که اعتبار سنجی مقالات بر اساس انجام تست عملی و محاسبات FSI صورت گرفته است .مطالعات صورت گرفته عمدتا جهت بهینه کردن استفاده از انرژی تجدید پذیر توربین بدون پره و بررسی یک یا دو پارامتر می باشد در این مطالعه ضمن معرفی پارامتر جدید موثر در بهینه کردن برداشت انرژی در سیستم جرم فنر دمپر که شبیه سازی شده مدل توربین بادی بدون پره است تقریبا تمام پارامترهای موثر در برداشت انرژی در این توربین ها مورد بررسی قرار گرفته است ونیز برای افزایش ساعات بهره وری توربین بادی در سال، از یک سیستم تنظیم استفاده شده است.
کلید واژگان: ارتعاش القایی گردابه ای، پایداری، توربین بدون پره، انرژیی تجدید پذیر، پدیده قفل شدگیGlobal energy demand will increase by 1.8% annually between 2000 and 2030. Carbon dioxide gas increases by 1.2% per year. Lack of energy and air pollution are two big problems of humanity. The use of renewable energy sources with the least environmental pollution is very important. Attention to the low pollution effect of harvesting energy from the wind has led most researchers to research this type of energy. Wind energy is one of the renewable energy sources, the new generation of bladeless wind turbines is based on a flexible structure. This article is an overview of 67 fundamental researches in this new field that are being investigated by researchers, which are based on validity and practical testing. The FSI calculations made in the articles have been filtered, the studies made are mainly to optimize the use of renewable energy of the bladeless turbine and check one or two parameters. The simulated wind turbine model is without blades, almost all parameters effective in energy harvesting in these turbines have been investigated, and an adjustment system has been used to increase the productivity hours of the wind turbine per year.
Keywords: Vortex Induced Vibration, Optimization, Bladeless Wind Turbine, Wind Renewable Energy, Resonance Phenomenon -
The vortex shedding from a bluff body can provoke structural vibrations known as flow-induced vibrations (FIV), which characterize an intrinsic phenomenon in the design of cylindrical structures. There are numerous passive and active methods to suppress FIV, among which suction and/or blowing on a cylinder surface is one of the most common approaches. In this work, different configurations of simultaneous suction and blowing are considered at two different Reynolds numbers corresponding to the galloping and frequency synchronization ranges. The parameters studied include the number of slots for suction and blowing, their length, and the velocity of the sucked and blown flow. The design of experiments method (DOE) is used to find the required simulation elements. The simulation results show that the dominant parameter in the reduction of galloping and vortex-induced oscillations and mass flow rate is the flow velocity in the areas of blowing and sucking. In addition, regression analysis is used to derive a relationship between various influencing parameters and performance parameters.
Keywords: Flow-Induced Vibration, Vortex-Induced Vibration, Galloping, Lock-In, Fluid-Solid Interaction (FSI), Suction, Blowing, Square Cylinder -
ارتعاش ناشی از گردابه پدیده ای مهم است که در سازه های فراساحلی رخ می دهد و می تواند باعث خستگی این سازه ها و آسیب به آن ها شود. مطالعات گذشته نشان می دهد که این سازه ها رفتاری پیچیده و گاهی غیرخطی از خود نشان می دهند. در این مطالعه، به منظور ارزیابی پارامترهای هیدرودینامیکی در این سیستم ها، از یک استوانه صلب با تکیه گاه غیرخطی استفاده شده است. میزان غیرخطی بودن تکیه گاه تغییر داده شده و تاثیر آن بر پارامترهای هیدرودینامیکی سیستم مورد بررسی قرار گرفته است. با حل هم زمان معادلات دوبعدی ناویر-استوکس با میانگین رینولدز و معادله حرکت استوانه، جابه جایی و سرعت استوانه به دست آمده است. ضرایب برآیی، پتانسیل و گردابه محاسبه شده و در نهایت عدد استروهال تعیین شده است. نتایج حاصل شده نشان می دهد که رفتار سیستم از دو شاخه تشکیل می شود. در شاخه 1 دامنه حرکت استوانه کوچک است اما در شاخه 2 دامنه حرکت آن چند برابر می شود. با افزایش میزان غیرخطی بودن تکیه گاه، محدوده شاخه 2 کوچک تر می شود و سرعت نوسان استوانه افزایش می یابد. هم چنین افزایش میزان غیرخطی بودن تکیه گاه موجب کاهش نیروی برآیی وارد بر استوانه و عدد استروهال می شود.
کلید واژگان: ارتعاش ناشی از گردابه، تکیه گاه غیرخطی، پارامترهای هیدرودینامیکی، عدد استروهالVortex-induced vibration is a critical phenomenon that occurs in offshore structures and causes fatigue and damage to these structures. Previous studies show that these structures show complex and sometimes non-linear behavior. This study uses a rigid cylinder with non-linear support to evaluate the hydrodynamic parameters in these systems. The amount of non-linearity of the support has been changed, and its effect on the hydrodynamic parameters of the system has been investigated. The displacement and velocity of the cylinder were obtained by solving the two-dimensional Reynolds averaged Navier-Stokes and cylinder motion equations. The lift, potential, and vortex coefficients were calculated. Finally, the Strouhal number was determined. The results show that the system's behavior consists of two branches. In branch 1, the motion amplitude of the cylinder is small, but in branch 2, its amplitude is multiplied. By increasing the non-linearity of the support, the range of branch 2 becomes smaller, and the velocity of the cylinder oscillation increases. Raising the support non-linearity reduces the lift force and Strouhal number
Keywords: Vortex-Induced Vibration, Non-Linear Support, Hydrodynamics Parameters, Strouhal Number -
بهره گیری از هوش مصنوعی برای پیش بینی مشخصات انتقال حرارت در صنایع مختلف، توانایی بهبود طراحی تجهیزات حرارتی، افزایش کارایی انتقال حرارت، بهینه سازی سیستم های خنک کننده، و کاهش مصرف انرژی را فراهم می کند. نوآوری و هدف مقاله حاضر، پیش بینی رفتار زمانی عدد نوسلت در مسئله ارتعاشات ناشی از جریان آشفته بر روی استوانه گرم شده که آزادانه در جهات طولی و عرضی نوسان می کند، می باشد. پیش بینی عدد نوسلت بر مبنای جابجای های عرضی و طولی استوانه در سه سناریوی مختلف شامل ورودی جابجایی در جهت ، ورودی جابجایی در جهت ، و در نهایت ورودی ترکیبی و انجام شده است. پیش بینی توسط شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت عمیق که معماری و ابرپارامترهای آن توسط الگوریتم ازدحام ذرات بهینه شده است، صورت گرفته است. نتایج نشان دهنده ی موفقیت شبکه های بهینه شده با ورودی های متفاوت می باشد؛ اگرچه دقت بالاتری در پیش بینی با ورودی های ترکیبی و بدست آمده است. ضریب همبستگی در بخش تست، برای شبکه های با ورودی ؛ با ورودی ؛ و با ورودی های و به ترتیب برابر با 0/967، 0/961، و 0/975 محاسبه شده اند. با بهره گیری از روش بکارگرفته شده در مطالعه حاضر، می توان مشخصات انتقال حرارت سازه های قرار گرفته در معرض جریان را پیش بینی نمود.کلید واژگان: عدد نوسلت، تعامل جریان و سازه، ارتعاشات ناشی از ریزش گردابه، شبکه حافظه طولانی کوتاه مدت، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذراتLeveraging artificial intelligence to forecast heat transfer characteristics across diverse industries holds significant potential for improving thermal equipment design, increasing heat transfer efficiency, optimizing cooling systems, and reducing energy consumption. The main contribution and purpose of the current study is predicting the Nusselt number in the context of turbulent flow-induced vibration around a heated cylinder experiencing unconfined oscillations along both streamwise and transverse axes. The anticipation of the Nusselt number relies on transverse and streamwise displacements of the oscillating cylinder and encompasses three distinct scenarios: displacement input in the x-direction, displacement input in the y-direction, and comprehensive amalgamation of both x and y inputs. This prediction is achieved through a sophisticated deep long short-term memory network, meticulously crafted and fine-tuned using a particle swarm optimization algorithm. The results highlight the effectiveness of the optimized networks across various inputs, with the highest predictive precision observed when employing combined x and y inputs. The correlation coefficients within the test segment are as follows: 0.967 for x input, 0.961 for y input, and 0.975 for combined x and y inputs. By applying the methodology elucidated in this study, the forecasting of heat transfer characteristics for structures subjected to fluid flow emerges as a feasible possibility.Keywords: Nusselt Number, Fluid-Solid Interaction, Vortex-Induced Vibration, Long Short-Term Memory Network, Particle Swarm Optimization Algorithm
-
In the present study, the transient vibration of a fixed cylinder attached to an elastic piezoelectric splitter plate is examined. The vibration frequency of these systems is a combination of vortex shedding frequency and splitter plate natural frequency. Therefore, Geometric plate and fluid flow parameters that affect the structure’s frequency and dynamic behavior are investigated. The fluid-solid interaction model is developed for the described problem to determine the splitter motion patterns and their effect on the vortex shedding frequency and the estimated piezoelectric output power. The effect of involving parameters such as inlet fluid velocity, density ratio, splitter plate length and stiffness on the dynamic response of the device and the produced power is inspected. A comparison between the data of the present study and those reported in the literature is conducted and great agreement is achieved. Results show that the decreasing of dimensionless Young modulus of plate or increasing dimensionless plate length and density ratio decreases the natural frequency of the system. By increasing the fluid velocity from 1 to 4, 8 and 16, respectively the excitation modes of 1st, 1st and 2nd, first three and first four are activated and higher plate deflections are obtained.Keywords: Vortex-Induced Vibration, Piezoelectric Flexible Splitter Plate, Fluid-solid interaction, CFD
-
در مطالعه حاضر مشخصات ارتعاش ناشی از گردابه سیال هادی جریان الکریسیته حول استوانه قرار گرفته بر بستر الاستیک به صورت عددی بررسی شده است. جریان سیال تحت تاثیر میدان مغناطیسی یکنواخت در راستای محور استوانه بوده تا کارایی این روش کنترل فعال حلقه باز در کاهش ارتعاشات ناشی از گردابه سازه مورد ارزیابی قرار گیرد. جهت تحلیل این مسیله دو طرفه تعامل سازه و سیال، روش عددی حجم محدود برای حل معادلات پیوستگی، مومنتوم حاکم بر جریان سیال و روش انتگرال صریح برای حل معادلات حرکت سازه صلب استفاده شده است. شبیه سازی ها به ازای سرعت های کاهش یافته 2 تا 9 و مقادیر مختلف عدد استورات انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد، اثربخشی میدان بسیار خوب بوده و ارتعاش عرضی و طولی به صورت کامل (100%) کاهش یافته است. برای تمام سرعت های کاهش یافته، با افزایش قدرت میدان مغناطیسی، رفته رفته روند ریزش گردابه ها متوقف شده تا جایی که بطور کلی یک دنباله متقارن تشکیل شده و با عبور از شدت میدان مغناطیسی بحرانی حتی دنباله گردابه متقارن نیز ناپدید می شود.
کلید واژگان: ارتعاشات القایی ناشی از گردابه، تعامل سازه و سیال، میدان مغناطیسی، شبیه سازی عددیThe present study numerically evaluates vortex-induced vibration (VIV) for an electrically conductive fluid around a cylinder on an elastic support. The flow is subjected to a uniform magnetic field in the z-direction to evaluate the VIV attenuation performance of this open-loop active control method. To analyze this fluid-structure interaction (FSI) problem, the finite volume method (FVM) was employed based on the SIMPLE algorithm to solve the governing continuity and momentum equations of the fluid flow and an explicit integration method to solve the motion equations of the rigid structure. Simulations were carried out at reduced velocities of 2-9 and different Stuart numbers. The simulation results demonstrated that the magnetic field was significantly effective and wholly (100%) suppressed transverse and longitudinal VIVs. A rise in the magnetic field magnitude eliminated vortex shedding for all the reduced velocities, leading to a symmetric wake. The symmetric vortex even disappeared above the critical Stuart number.
Keywords: Vortex-Induced Vibration, Fluid-structure interaction (FSI), Magnetic field, Numerical simulation -
در این مقاله، کنترل فعال جریان ارتعاشات ناشی از جریان سیلندر دایروی قرار گرفته در داخل کانال ایزوترمال توسط روش تزریق جریان جت، مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اثر تزریق جریان بر انتقال حرارت داخل کانال نیز مورد بازبینی قرار گرفته است. برای این منظور، سه شیار بصورت متقارن در دیواره های بالایی و پایینی کانال در فواصل 0، 1 و 4 برابر قطر استوانه می باشد از سطح کناری سیلندر جایگذاری شده اند. نوآوری اصلی مطالعه حاضر، بررسی اثربخشی روش ارائه شده بر حسب ارتفاع کانال می باشد. برای این منظور، 6 کانال با ارتفاع های 5/5، 6، 7، 8، 9 و 10 برابر قطر استوانه برای انجام شبیه سازی های تعامل جریان-سازه ای در نظر گرفته شده است. برای حل معادلات جریان و انرژی از روش حجم محدود استفاده شده است. برای کوپلینگ حرکت استوانه با میدان جریان از روش دینامیک شبکه استفاده شده است. نتایج عددی نشان می دهند که برای تمامی کانال ها با ارتفاع های مختلف، تزریق جت چه بصورت یکطرفه و چه دو طرفه، از شیار 3، اثری در جابجایی ندارد چراکه فاصله جت از سیلندر زیاد می باشد. با افزایش ارتفاع کانال می بایست، برای کاهش کامل نوسانات سیلندر، سرعت تزریق را افزایش داد. علت اصلی کاهش کامل ارتعاشات توسط روش تزریق جریان جت، در توقف روند ریزش گردابه ها دیده می شود.کلید واژگان: ارتعاش القایی گردابه، جریان جت، کنترل جریان، ریزش گردابه ها، انتقال حرارت کانالIn this paper, the active flow control of flow-induced vibration of a circular cylinder placed in the isothermal channel affected by jet injection is studied. The effect of flow injection on heat transfer inside the channel has also been examined. For this purpose, three slots are placed symmetrically in the upper and lower walls of the channel at distances 0, D, and 4D where D is the diameter of the cylinder from the side surface. The main innovation of the present study is to evaluate the effectiveness of the proposed flow control method in terms of channel height. For this purpose, 6 channels with heights of 5.5D, 6D, 7D, 8D, 9D, and 10D are considered to perform fluid-solid interaction simulations. The finite element method has been used to solve the flow and energy equations. For coupling the movement of the cylinder with the flow field, the dynamic mesh method is used. Numerical results show that for all channels with different heights, jet injection, either unilaterally or bilaterally, from slot 3, has no effect on displacement because the distance of the jet from the cylinder is large. By increasing the height of the channel, the injection velocity must be increased to completely reduce the oscillations of the cylinder.Keywords: Vortex-Induced Vibration, Jet Flow, Flow Control, Vortex Shedding, Channel Heat Transfer
-
روش مرز مغروق یک روش نوین و کارآمد برای حل مسایل برهم کنش سازه - سیال[i] است. یکی از انواع مهم مسایل برهم کنش سازه - سیال مسئله ارتعاش ناشی از گردابه استوانه ها است. در این مطالعه می خواهیم روش مرز مغروق را معرفی کنیم. به این ترتیب که فلسفه، مزایا، محدودیت ها و کاربردهای آن ارایه می گردد. با توجه به کاربردهای فراوان این روش و برای جلوگیری از عدم تمرکز، کاربرد مسئله ارتعاش ناشی از گردابه به عنوان مرکز توجه و نمونه مطالعاتی استفاده شده است. سپس جزییات روابط حاکم مرز مغروق و گسسته سازی های آنها تشریح می شود. الگوریتم مرز مغروق تکراری که برای مسئله ارتعاش ناشی از گردابه نیز استفاده شده به عنوان روش حل معادلات حاکم مطرح می شود. پیاده سازی و موارد مرتبط با الزامات کدنویسی توضیح داده می شوند. در نهایت مسئله ارتعاش ناشی از گردابه در استوانه با این روش حل می شود تا توانایی آن نشان داده شود. این پژوهش به گونهای طراحی شده که مخاطب به یک جمعبندی از عملکرد این روش در مسایل برهم کنش سازه - سیال و به ویژه مسئله ارتعاش ناشی از گردابه می رسد. دیده می شود که زمان حل و متعاقبا قدرت محاسباتی مورد نیاز در حل مسئله به این روش بسیار کمتر از روش عادی است. روش مرز مغروق با توجه به مزایایی که دارد می تواند در آینده تبدیل به روش اصلی حل مسایل برهم کنش سازه - سیال شود. این مزایا به قدری هستند که پیاده سازی روش مرز مغروق را کاملا توجیه پذیر می کنند.
کلید واژگان: روش مرز مغروق، برهم کنش سازه با سیال، ارتعاش ناشی از گردابه، شبکه کارتزین، هسته دلتاImmersed boundary method is a novel and efficient tool for solving fluid-structure interaction problems. One of important fluid-structure interaction problems is vortex-induced vibrations of cylinders. In this study, we want to introduce immersed boundary method. Philosophy, advantages, disadvantages and applications of the method will be presented. Because of wide range of applications of this method and for not losing focus, we shall limit our study only to vortex-induced vibrations. Next, details of governing equations of immersed boundary method and their discretization will be introduced. Iterative immersed boundary algorithm which has been used for vortex-induced vibrations before, will be used to solve governing equations. Finally, implementation and coding requirements will be discussed. This paper is organized in a way so readers can obtain a comprehensive understanding of the method behavior in fluid-structure interaction problems, especially vortex-induced vibrations. Considering the benefits of immersed boundary method, it has the potential to become the main method for analyzing fluid-structure interaction problems. These benefits are considerable enough that makes the implementation of the method justifiable.
Keywords: Immersed Boundary Method, Fluid Structure Interaction, Vortex Induced Vibration, Cartesian Grid, Delta Kernel -
In this paper, computational fluid dynamics is used to study how wavelike bumps influence the suppression of drilling-riser vortex-induced vibration (VIV). The numerical model involves two-dimensional unsteady incompressible turbulent flow around a cylinder, with the flow characteristics regarded as being constant. The results show that wavelike bumps are effective in mitigating the VIV, but the degree of mitigation does not increase indefinitely with the number of bumps. The mitigation is greatest with either 5 or 7 wavelike bumps, reducing the vibration amplitudes of the cylinder in the in-line and cross-flow directions to negligible levels. To know how equipping a circular cylinder with wavelike bumps affected its VIV response, cases with wavelike bumps of 1, 3, 5, 7, 9, and 11 are studied.Keywords: Vortex-induced vibration, Wavelike bumps, Reduced velocity, Frequency spectrum, Suppression effect
-
In this study, uncertainty analysis of the vortex-induced vibration (VIV) tests, using a VIV test rig is presented. The VIV test rig is set up on the circulation channel in Ata Nutku Ship Model Testing Laboratory at Istanbul Technical University (ITU). The tests are performed using an elastically mounted rigid and smooth circular cylinder in low mass-damping and high Reynolds numbers conditions. The cylinder has one-degree-of freedom. It is allowed to move perpendicular to the flow while inline vibrations are constrained. The aim of the study is to demonstrate and establish a repeatable procedure to predict the uncertainty of VIV tests, utilizing some example applications of existing ITTC recommendations. Within this aim, five distinct VIV tests are carried out following ITTC guidelines and procedures measuring the amplitude (A * ) and frequency response (f * ) data. Uncertainty analysis study is performed for three different flow velocities, chosen from VIV tests and total uncertainty is calculated by root mean square values of precision and bias uncertainties. The precision uncertainty is predicted using response amplitude values obtained from five sets of VIV tests. The bias uncertainty is predicted utilizing the basic measurements and test results of the components of response amplitude for the cylinder. The results have demonstrated that the current test rig has low uncertainty level. Additionally, it has succeeded to reflect the characteristics of VIV phenomenon in the studied Reynolds number range, which is in the Transition Shear Layer 3 (TrSL3) flow regime. Consequently, it is believed that this study would help in spreading the application of the uncertainty analysis for VIV tests in the future.
Keywords: Vortex-induced vibration, VIV, Uncertainty analysis, Bias error, Precision error, Responseamplitude -
در این مقاله، شبیه سازی عددی ارتعاشات القائی ناشی از جدایش گردابه از سطح استوانه ی دایره ای دو درجه آزادی با تکیه گاه الاستیک در مجاورت سطح آزاد سیال انجام شده است. جریان اطراف استوانه، آرام و در محدوده ی اعداد رینولدز 60 الی 130 در نظر گرفته شده است. اثر سطح آزاد با عدد فرود 0.2 با در نظرگیری دو نسبت فاصله ی 2.5 و 1.5 از آن بررسی می شود. فرکانس طبیعی سیستم جرم- فنر در هر نسبت فاصله بگونه ای انتخاب شده که با عدد استروهال جریان در رینولدز 100 حول استوانه ی ساکن برابر باشد. شبیه سازی های ارتعاشات ناشی از جریان و سطح آزاد سیال بطور جداگانه تطابق خوبی با نتایج قبلی نشان داده اند. این مقاله بخش دوم تحقیق درباره تاثیر سطح آزاد سیال بر پدیده ی ارتعاشات القایی ناشی از رهایش گردابه است. تاثیر سطح آزاد سیال بر ناحیه ی قفل شدگی با استفاده از مقایسه ی مدهای رهایش گردابه و نمودارهای تطابق فرکانسی در دو نسبت فاصله بررسی می شود که نتایج با نزدیک شدن استوانه به سطح آزاد، حاکی از تغییر نوع مدهای رهایش گردابه، کاهش محدوده قفل شدگی و افزایش عدد استروهال و نسبت فرکانسی بی بعد جریان هستند.کلید واژگان: ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه، مدهای رهایش، سطح آزاد سیال، ناحیه قفل شدگیIn this paper, a two-dimensional numerical simulation is applied to study the Vortex-Induced Vibrations (VIV) of an elastically mounted rigid circular cylinder beneath a free surface of fluid. The effect of free surface in laminar flow (60 < Re < 130) with Fr=0.2 is investigated with considering two Gap-Ratios of 2.5, 1.5. The natural structural frequency of oscillator is assumed to match the vortex shedding frequency for a stationary cylinder at Re=100. Discretization of flow equations based on the Finite Volume method was implemented in CFD commercial software Ansys Fluent 14.0. Simulations of VIV and Free Surface of fluid flow have separately shown good agreement with previous results. This paper is the second part of an investigation about effects of Free Surface of fluid on VIV phenomena. The effects of Free Surface is investigated with using a comparison of vortex shedding modes and non-dimensional frequency diagrams for the two gap-ratios. With approaching cylinder to free surface, results shows changing type of vortex shedding modes, abatement in lock-in region, increasing Strouhal number and non-dimensional frequency ratio.Keywords: Vortex Induced Vibration, free surface, Lock-in region, Vortex shedding modes
-
نشریه مهندسی مکانیک مدرس، سال نوزدهم شماره 7 (تیر 1398)، صص 1687 -1695در این پژوهش، اثر هندسی سیلندر دایروی با قطاع های متفاوت روی ارتعاشات القایی گردابه با هدف استحصال انرژی از آن به روش عددی بررسی شده است. با توجه به پدیده ریزش گردابه ای فون کارمن، هنگام عبور جریان از روی اجسام بلاف و در نتیجه ایجاد ارتعاش در جسم، می توان با دریافت این انرژی و تبدیل آن به انرژی مطلوب از این پدیده استفاده نمود. در این پژوهش تمرکز روی یافتن یک هندسه سیلندر با ارتعاشات بیشتر نسبت به سیلندر مبنا (سیلندر دایروی) بوده که برای این منظور سیلندر دایروی با قطاع های مختلف شامل نسبتهای 0/5، 0/6، 0/7، 0/8، 0/9 و 1 در دو جهت قرارگیری پیشانی قوس دار (AF) و پیشانی تخت (FF) رو به جریان و در رینولدزهای 100 و 200 مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی ها در دو حوزه ی سیالاتی و ارتعاشی انجام شده و در قسمت سیالاتی با کمک دینامیک سیالات محاسباتی نیروی های آیرودینامیکی وارده به سیلندر محاسبه شده است. در قسمت ارتعاشی، با نوشتن برنامه در نرم افزار میپل، جابه جایی سیلندر و در نهایت توان بالقوه قابل استحصال از سیال محاسبه شده است. نتایج نشان می دهند که در رینولدزهای 100 و 200 به ترتیب سیلندر دایروی با نسبت قطاع 5/0 و 6/0 در جهت قرارگیری FF دارای بیشترین توان دریافتی از سیال است و نسبت به سیلندر دایروی در رینولدزهای 100 و 200 به ترتیب 3/5 و 5/3 برابر افزایش توان را دارا است. همچنین در سیلندر با قطاع یکسان همواره سیلندر با جهت قرارگیری FF توان بیشتری نسبت به سیلندر در جهت AF تولید می کند.کلید واژگان: ارتعاشات القایی گردابه، استحصال انرژی، ریزش گردابه، سیلندر دایروی قطاع دارIn this study, the geometrical effect of circular cylinder with different sectors on energy harvesting of vortex induced vibration is investigated numerically. According to Von Karman vortex shedding phenomenon, the flow passes over a bluff body and as the results create vibration, can use this phenomenon with energy extraction and converting it into desired energy. In this paper, the focus was on discovering a cylinder geometry with more vibration than the base cylinder (circular cylinder); for this purpose, circular cylinder with different sectors, including ratio of 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, and 1 in two direction of arches frontal (AF) incoming flow and flat frontal (FF) incoming flow have been studied at Reynolds numbers of 100 and 200. Investigations have been carried out in the fluid and vibration field. In the fluid field, the aerodynamics forces are obtained on the cylinder with the help of computational fluid dynamics (CFD) and in the vibration field, by writing program in the Maple software, the displacement of the cylinder and, finally, recoverable potential power of the fluid were calculated. The results show that, at Reynolds numbers of 100 and 200, respectively, circular cylinder with and sectors in the placement direction of FF get the maximum extraction power of fluid and compared to the circular cylinder at Reynolds numbers of 100 and 200, respectively, 3.5 and 5.3 more times power harvesting. Also, in the same sectors cylinder, the cylinder with FF placement direction always has more power generation than the cylinder with AF placement direction.Keywords: Vortex induced vibration, Energy harvesting, Vortex shedding, Sectors circular cylinder
-
در ارتعاش القایی گردابه، سازه با جریان سیال تاثیر متقابل دارد که منجر به ارتعاش سازه شده و در شرایطی موجب تخریب سازه می شود. در این مقاله، اثر ارتعاش القا شده بر تک سیلندر و دو سیلندر در حالت های چرخان و غیر چرخان به صورت عددی مورد مطالعه قرار گرفته است. در حالت تک استوانه غیرچرخان نتایج نشان داد سرعت کاهنده و ضریب میراکننده تاثیر قابل توجهی بر اختلاف فاز بین مولفه های مختلف نیروی وارده بر سیلندر، شکل گردابه های تشکیل شده، الگوی ریزش آنها و ارتعاش سیلندر دارند. افزایش ضریب میرایی باعث کاهش ارتعاشات سیلندر می شود. الگوی ریزش گردابه برای همه سرعت های کاهنده و ضرایب میرایی مورد بررسی به صورت 2S است. در بین موارد بررسی شده، دو نوع الگوی ارتعاشی هارمونیک کامل و ضربه مشاهده شد. بیشترین دامنه ارتعاش سیلندر مربوط به سرعت کاهنده 4 در ς=0 بوده و کمترین جابه جایی سیلندر مربوط به سرعت کاهنده 3 است. در حالت استوانه های چرخان مشاهده گردید که چرخش سیلندر آرایش ریزش گردابه های پشت سیلندر را تغییر می دهد و قدرت آنها را کاهش می دهد و این امر، باعث کاهش محسوس نوسانات ضریب برآو در نتیجه کاهش شدید ارتعاش سیلندرها می شود.کلید واژگان: ارتعاش القایی گردابه، ریزش گردابه، پدیده ضربه، سیلندر دایره ایIn the vortex-induced vibration the structure interacts with the fluid flow that results in the vibration of the structure and sometimes leads to the destruction of it. In this paper, the effect of the vortex-induced vibration on one and two cylinder(s) in the rotating and non-rotating states are studied, numerically. For the case of single non-rotating cylinder, the effect of the reduced velocity and damping ratio on the displacement and velocity of circular cylinder and also on the lift coefficient and its components are investigated. The cylinder displacement decreases by increasing the damping ratio. The vortex shedding pattern for all examined reduced velocity and damping ratio is in the 2S mode. In all cases, two patterns of vibration, harmonic and beating phenomena, can be observed. The maximum value of the vibration amplitude is related to the reduced velocity of 4 for ζ= 0 and the minimum is belonged to the reduced velocity of 3. For the case of rotating cylinder, it is observed that the rotation of cylinder(s) affects the vortex shedding pattern and their strength, significantly. Therefore, the fluctuation of lift coefficient and vibration of cylinder(s) are reduced considerably.Keywords: Vortex-induced vibration, vortex shedding, Beating phenomenon, circular cylinder
-
حل عددی ارتعاشات القایی ناشی از رهایش گردابه حول استوانه با تکیه گاه الاستیک در مجاورت سطح آزاد سیالدر این تحقیق، شبیه سازی عددی ارتعاشات ناشی از رهایش گردابه از سطح استوانه ی دایره ای دو درجه آزادی، تحت تکیه گاه الاستیک در مجاورت سطح آزاد سیال انجام شده است. جریان اطراف استوانه، آرام و در محدود هی اعداد رینولدز 60 الی 130 در نظر گرفته شده است. تغییر شکل سطح آزاد ناچیز بوده و برای عدد فرود 0/2 همچون یک دیواره ی صلب بدون لغزش عمل می کند. اثر سطح آزاد با در نظرگیری دو نسبت فاصله از آن بررسی می شود. فرکانس طبیعی سیستم جرم- فنر در هر نسبت فاصله، به گونه ای انتخاب شده که با عدد استروهال جریان در رینولدز 100 حول استوانه ی ساکن برابر باشد. گسسته سازی معادلات جریان بر مبنای روش حجم محدود در کد تجاری فلوئنت انجام شده است. برای کوپلینگ حرکت استوانه با میدان جریان از روش شبکه ی متحرک با یک کد اضافه شده به نرم افزار استفاده شده و برای شبیه سازی سطح آزاد، روش حجم سیال به کار گرفته شده است. شبیه سازی های ارتعاشات ناشی از جریان و سطح آزاد سیال بطور جداگانه تطابق خوبی با نتایج موجود نشان می دهند. تاثیر سطح آزاد بر ناحیه ی قفل شدگی با استفاده از مقایسه ی نمودارهای جابه جایی عرضی و ضرایب آیرودینامیکی در دو نسبت فاصله بررسی می شود که نتایج با نزدیک شدن استوانه به سطح آزاد، حاکی از کاهش ناحیه ی قفل شدگی، کاهش دامنه ی نوسانات و تغییر ضرایب آیرودینامیکی بسته به شاخه ی قرارگیری عدد رینولدز جریان هستند.کلید واژگان: ارتعاشات ناشی از جدایش گردابه، حل عددی، سطح آزاد سیال، ناحیه قفل شدگیIn this paper, a two-dimensional numerical simulation is applied to study the vortex-induced vibrations of an elastically mounted rigid circular cylinder beneath a free surface of fluid. The effect of free surface in laminar flow is investigated with considering two gap-ratios. The natural structural frequency of oscillator is assumed to match the vortex shedding frequency for a stationary cylinder at Re=100. Discretization of flow equations based on the Finite Volume method was implemented in computational fluid dynamics commercial software Ansys Fluent 14.0. User Defined Function hooked in the Software is given to couple the motion of cylinder to flow motion. For simulation of free surface, volume of fluid method is used. The effect of free surface is investigated with using a comparison of transverse displacement diagrams and aerodynamics coefficients diagrams for the two gap-ratios. With approaching cylinder to free surface, results show an abatement in the lock-in region and the amplitude of the oscillations and aerodynamics coefficients are changed depending on the Reynolds location branch.Keywords: Vortex Induced Vibration, Computational fluid dynamics modeling, free surface, Lock-in region
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.