Αεροδυναμική κυλινδρικού σώματος με προσαρμοσμένη διάταξη σκέδασης δίνων

Abstract

Η ροή γύρω από κυλινδρικό σώμα απασχολεί την ερευνητική κοινότητα για πολλά χρόνια. Το θέμα δε της μελέτης των τρόπων ελέγχου της είναι μεγάλης σημασίας λόγω των πολλών πρακτικών εφαρμογών στις οποίες υπάρχουν κυλινδρικά σώματα εκτεθειμένα σε ρεύμα ρευστού. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μια υπολογιστική μελέτη του πεδίου ροής γύρω από κυλινδρικό σώμα με προσαρμοσμένη διάταξη σκέδασης δινών τύπου splitter plate. Η διάταξη έχει σχήμα V και τοποθετήθηκε πίσω ακριβώς από τον κύλινδρο. Μελετήθηκε παραμετρικά η επίδραση του μήκους και της γωνίας της διάταξης. Οι εξισώσεις κίνησης του ρευστού επιλύθηκαν αριθμητικά με τη χρήση του λογισμικού ANSYS Fluent και των μοντέλων Laminar και k-ω SST για δύο αριθμούς Reynolds αντιστοίχως, Re = 100 και Re = 40000. Με σκοπό ανάμεσα σε άλλους να αξιολογήσει την χρήση των εν λόγω μοντέλων για την κάθε περίπτωση. Παρόλο που η ακρίβεια των αποτελεσμάτων για την περίπτωση Re = 40000 είναι αμφισβητήσιμη το θέμα προσεγγίζεται από την μεριά της μηχανικής μέσω της παρατήρησης των μεταβολών που επιφέρει στο πεδίο ροής η διάταξη. Η επίδραση της διάταξης αξιολογείται με την παρατήρηση των μεταβολών στα μεγέθη των συντελεστών αντίστασης και άνωσης και του αριθμού St, αλλά και σε παρατηρήσεις που έχουν να κάνουν με το πεδίο ροής γενικότερα όπως το στιγμιαίο πεδίο στροβιλότητας και η κατανομή της μέσης πίεσης και της μέσης ταχύτητας στον ομόρου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο συντελεστής αεροδυναμικής αντίστασης μπορεί να μειωθεί κατά 22.5% και ο συντελεστής δυναμικής άνωσης κατά 98% για Re = 100 και αντίστοιχα κατά 53% και 93% για Re = 40000. The flow around a circular cylinder has been in the research community for many years. The matter of studying the ways of controlling the flow is of great importance because of the many practical applications in which cylindrical bodies are exposed to fluid flow. In this work we present a computational study of the flow field around a cylindrical body with a customized splitter plate for vortex suppression. The device is V-shaped and positioned just behind the cylinder. The influence of the length and angle of the device was studied parametrically. Fluid motion equations were numerically resolved using the ANSYS Fluent software and the Laminar and k-ω SST models for two Reynolds numbers respectively, Re = 100 and Re = 40000. In order to evaluate the use of these models for each case among others. Although the accuracy of the results for the case Re = 40000 is questionable, the matter is approached by the engineering side by observing the changes that bring the array into the flow field. The effect of the device is evaluated by observing the changes in the sizes of the coefficients of drag and lift and the number St, but also in observations that have to do with the flow field in general such as the instantaneous field of turbulence and the distribution of the mean pressure and the average speed in the wake. The results showed that the aerodynamic drag coefficient can be reduced by 22.5% and the dynamic lift coefficient by 98% for Re = 100 and respectively by 53% and 93% for Re = 40000.