Skip to main content
SUPERVISOR
مهدی نیلی احمدآبادی (استاد مشاور) احمد سوهان کا راصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Baghdadi
محمد بغدادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Experimental Investigation of Flow around a Three Dimensional Rectangular Cylinder at Incidence
The flow over bluff bodies represents an importance and complex configuration that is interest for many engineering applications such as tall buildings, adjacent skyscrapers, and 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. In this research, the flow around a rectangular wall-mounted cylinder with limited height is studied experimentally by using wind tunnel and smoke tunnel. The height to smaller side of rectangular cylinder is 7. The rectangular cross-section aspect ratio is varied from 1 to 4 (AR=b/a=1, 2, 3, 4) and various incidence angles (0°–45°) has been tested. A low-speed vertical smoke tunnel is used to visualize flow patterns and determine the flow parameters such as the stagnation and separations points, separation angle, turbulence lengths of the shear layer, wake length, frequency and Strouhal number. The pressure coefficients (Cp) on the models’ faces are measured via sensors which are placed on theirs’ faces. Measuring velocity field, turbulence quantities and frequency are carried out using hot wire anemometry for various angles and aspect ratio. Experiments were performed in Isfahan University of Technology labs. The results show that there i a critical angle around ?=15° for square cylinder, where the Strouhal number becomes higher value due to the occurrence of the reattachment of the separated shear layer on the cylinder’s face. The results also show that there are three flow patterns when the aspect ratio is varied from 1 to 4. They are denoted as fully separated flow, secondary separated flow and fully reattached flow. It is observed that increase of the cylinder aspect ratio causes to decrease the critical value of Strouhal number and the wake width. It is founded that the Strouhal number reaches to its’s minimum value at AR=3 due to the occurrence of first reattachment flow on the cylinder’s side. In addition, it is found that by increasing the aspect ratio, the drag coefficient increases. Key Words: Rectangular wall-mounted Cylinder, Wind tunnel, Smoke tunnel, hot wire, Flow pattern, Pressure coefficient, Strouhal number, Incidence angles
جریان حول اجسام جریان بند مثل سیلندرها با مقطع دایره ای، مربعی و مستطیلی در بسیاری از کاربردهای مهندسی از جمله جریان حول ساختمان ها، قطعات الکترونیکی، دودکش های بلند، پل های معلق و در رژیم های مختلف شامل جریان آرام تا جریان آشفتهمشاهده می شود. جریان حول این اجسام معمولا سه بعدی می باشد اما جسم جریان بند می تواند دو بعدی یا سه بعدی در نظر گرفته شود. در هندسه های دو بعدی که الزاما جریان آنها دو بعدی نیست، طول سیلندر در مقایسه با ضلع آن بسیار بزرگ تر می باشد و اثرات دیواره و یا جریان آزاد در دو سر آن مطرح نیست. استوانه های کوتاه با وجود تاثیر دیوار و یا جریان آزاد در دو طرف یک سیلندر (همانند جریان اطراف یک ساختمان) نمونه هایی از جریان اطراف سیلندرهای سه بعدی است. در این پژوهش جریان اطراف یک سیلندر سه بعدی با مقطع مستطیلی (ارتفاع به ضلع 7) و نسبت های منظری 4،3،2،1 و در محدوده زوایای حمله صفر تا 45 درجه، بصورت تجربی بررسی واقع شده است. برای آشکارسازی جریان و به منظور شناخت فیزیک و الگوهای جریان، به ازای زوایا حمله مختلف، از تونل دود عمودی استفاده شد. سه الگوی جریان شامل الگوی جدایش اولیه لایه برشی، الگوی جدایش ثانویه، الگوی اتصال مجدد مشاهده شد. همچنین از نتایج آشکارسازی، مقادیر پارامترهای جریان مثل عرض ویک، زاویه جدایش ،طول لایه برشی توربولانسی و عدد استروهال تعیین شد در آزمونی دیگر با استفاده از تونل باد ضرایب فشار بر روی سطوح سیلندرها، با استفاده از حسگرهای فشار، اندازه گیری و به کمک آن مقدار ضریب دراگ فشاری نیز محاسبه شد. تحلیل فرکانسی و محاسبه عدد استروهال برای زوایای حمله 0 تا 45 درجه با استفاده از سرعت سنج سیم داغ در تونل باد انجام شد و برای نسبت منظری 4، کانتور سرعت و پارامترهای توربولانسی اندازه گیری شد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که تغییر نسبت منظری سیلندرها و زاویه حمله، عوامل مهمی در تغییر الگوهای جریان و تغییرات سرعت، فشار ، عدد استروهال و ضریب دراگ می باشند. با افزایش زاویه حمله در یک نسبت منظری خاص عرض ویک افزایش پیدا می کند ولی در برخی زوایای حمله که اتصال مجدد روی سطح رخ می دهد عرض ویک روند نزولی از خود نشان می دهد، علاوه براین مشاهده شد که روند تغییرات زاویه جدایش برحسب زاویه حمله از نظر کیفی با روند تغییرات عرض ویک بیشینه مشابه است. در بررسی عدد استروهال برحسب زاویه حمله در نسبت های منظری مختلف، در برخی زوایا یک جهش در عدد استروهال مشاهده شد که به علت اتصال مجدد جریان روی سطح بوده است، هچنین با بررسی تغییرات ضریب درگ بر حسب زاویه حمله نیز مشخص شد که در برخی زوایا یک کاهش در روند نمودار رخ داده است و در اغلب موارد با افزایش نسبت منظری در یک زاویه حمله خاص ضریب درگ افزایش یافته است. با افزایش نسبت منظری عدد استروهال کاهش می یابد و کمینه آن در نسبت منظری3 رخ خواهد داد. کلمات کلیدی: سیلندر مستطیلی سه بعدی، تونل باد، تونل دود، سیم داغ، الگوهای جریان، ضریب فشار، عدد استروهال، نسبت منظری،ضریب درگ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی