SUPERVISOR
احمد سوهان کا راصفهانی (استاد راهنما) مهدی نیلی احمدآبادی (استاد مشاور)
STUDENT
Mohammad Jafarzadeh Barikerasf
محمد جعفرزاده باریکرسف
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Experimental investigation on the Flow over Two Tandem Three-dimensional Square Prisms at Incidence Using Wind Tunnel & smoke Tunnel
The flow over bluff bodies in tandem, side-by-side or staggered arrangements represents an importance and complex configuration that is of interest for many engineering applications such as tall buildings, adjacent skyscrapers, groups of chimney stacks, tubes bundles in heat exchangers, overhead power-line bundles, bridge piers, stays, masts, chemical reaction towers, off-shore platforms and electronic systems especially in computer equipment. For these configurations, the flow interference has an essential role for several changes in the characteristics of the flow. Thus, the dynamic interaction between the structure and the fluid is one of the most fascinating problems in engineering mechanics. Various studies including both numerical and experimental investigations have been conducted for the ?ow over two-dimensional square cylinders in different arrangements, where the effects of floor (wall) and roof (free flow) of the cylinders are not included. In reality, most of cylindrical structures such as buildings have finite height with a wall in one end and free flow in another end. This case is a type of three dimensional bodies. When an object is in the wake of another, flow properties and aerodynamic forces are affected by geometry, distance between two structures and their placement toward the flow. In this research the flow around two tandem square cylinders with limited height (same as two tandem buildings) is studied experimentally by using wind tunnel and smoke tunnel. Experiments were performed in Isfahan University of Technology labs. The aspect ratio of the models (side/height) is 7. The distance between the models is varied between 1D to 5D, where D is cylinder side, and the incidence angle is varied between zero to 45 degree. The pressure coefficients (Cp) on the models’ faces are measured via 53 sensors which are placed on theirs’ faces. In this test, the Cp is measured in different gap distances and angles of attack. The flow patterns around two cylinders are investigated by smoke visualization for different gap spacing and angles of attack. Measuring velocity field and turbulence quantities around two tandem square cylinders are carried out using hot wire anemometry for various gap distances. Results of this study show that the three-dimensional of the geometry and variations of the gap distance and angle of attack have important effects on the flow patterns and pressure and velocity quantities. Three major regimes are distinguished according to the gap spacing between cylinders, that is, the single slender-body regime, the reattach regime and co-shedding or binary vortex regime. Also it was found that the results for three dimensional cylinders differ from those are reported for two dimensional cylinders. Some similarity is observed between results of the two dimensional cylinders and those for the middle plane of three-dimensional cylinder, where the effects of the floor and roof of the models on the results of this plane are small. This study shows that the mean results are relatively independent to Reynolds numbers considered in this work. Also by increasing the distance between two cylinders, the interaction is reduced and therefore the results of the upstream cylinder is almost the same as the single cylinder. Keywords : Experimental study; two tandem three dimensional square cylinders; wind tunnel; smoke tunnel; attack angle; turbulent flow.
بررسی جریان اطراف اجسام جریان بند با آرایش مختلف شامل آرایش پشت سر هم، کنار هم و اریب دارای کاربرد های صنعتی، مهندسی و علمی زیادی است. از جمله این کاربرد ها می توان به جریان حول ساختمان ها و سازه های بلند، پایه های پلها، سازه های دریایی و مبدل های حرارتی اشاره کرد. جریان پس از عبور ازچنین اجسامی، یک ناحیه چرخشی و ویک بزرگ ایجاد می نماید. این جریان ها معمولاً با پدیده ریزشگردابه و نیروهای نوسانی همراه هستند. ارتعاش بوجود آمده به واسطه آن و احتمال پدیده تشدید، یکی از نکات مهم در طراحی این سازه ها است. مطالعات تجربی و عددی جریان حول اینگونه اجسام برای سیلندر های با مقطع دایرهای به دفعات انجام شده است و کمتر برای سایر مقاطع مانند مربع، مستطیل و ... صورت گرفته است که این مطالعات عمدتا شامل هندسه های دوبعدی است و کمتر هندسه سه بعدی باتأثیر اتصال به کف و جریان آزاد انتهای آنها بررسیشده است. بررسی تجربی جریان حول چنین هندسه ای از اهداف این تحقیق است. هنگامی که یک سازه در ویک سازه دیگر قرار گیرد، ویژگی های جریان و نیروهای آیرودینامیکی به شدت وابسته به هندسه، فاصله بین سازهها، آرایش و نحوه قرارگیری سازهها نسبت به جهت جریان است. بررسی اثر این پارامترها بر نیروهای آیرودینامیکی، میدان سرعت، توزیع فشار سطحی و ... کمک شایان توجهی به طراحی مناسب و بهکارگیری این سازهها دارد. در این پژوهش جریان بر روی دو سازه مکعب مستطیل سهبعدی با طول محدود در آرایش پشت سر هم (شبیه دو ساختمان پشت سرهم) بهصورت تجربی به وسیله تونل باد و تونل دود بررسی شده است. بهمنظور آشنایی با فیزیک و الگوهای جریان در اطراف این سازهها از آشکارسازی جریان به کمک تونل دود برای فاصلههای مختلف بین سیلندرها و برای زاویه صفر تا 45 درجه استفادهشده است. برای بررسی تغییرات فشار روی سطوح سازهها، با نصب حسگرهای فشار برروی وجوه مختلف آنها ضرایب فشار میانگین برای فاصلههای مختلف بین دو سیلندر و زاویههای متفاوت مابین 0 تا 45 درجه تعیین شد. در این پژوهش همچنین توزیع سرعت و اغتشاشات جریان در بعضی از خطوط کنار دو سیلندر، بین دو سیلندر و پشت سیلندر پایین دست در فاصلههای مختلف و زاویه صفر به وسیله جریانسنج سیم داغ تعیینشده است. لازم به ذکر است عدد رینولدز جریان به اندازه کافی بزرگ است لذا جریان از نوع آشفته است. نتایج این تحقیق نشان داد که سهبعدی بودن هندسه تحت بررسی وتاثیر کف و سطح آزاد، تغییر فاصله و زاویه سازه نسبت به جریان عواملی مؤثر بر ایجاد الگوهای مختلف جریان و تغییرات کمیتهایی از قبیل سرعت، فشار و اغتشاشات جریان می باشند. از جمله نتایج این پژوهش می توان به وجود سه الگوی مختلف (تک سیلندری، اتصال مجدد و ریزش گردابه دو گانه) با تغییر فاصله بین سیلندری اشاره نمود. همچنین با افزایش فاصله بین سیلندری، تاثیر متقابل جریان دو سیلندر کاهش می یابد و در نتیجه نتایج مربوط به سیلندر بالادست تقریبا مشابه جریان عبوری از تک سیلندر می شود. کلمات کلیدی: بررسی تجربی، دو سیلندر سهبعدی پشت سرهم، تونل باد، تونل دود، زاویه حمله، جریان آشفته