بررسي جريان حول چند مقطع استوانه اي با استفاده ازيك روش مرز مستغرق

Numerical study of the flow around cylinders with different cross sections via immersed boundary method

با وجود تحقيقات گسترده پيرامون الگوي جريان حول استوانه با سطوح مقاطع گوناگون، تحقيقات اندكي به مقايسه اثر شكل سطح مقطع استوانه بر چگونگي تشكيل گردابه هاي دنباله پرداخته اند. دراين پژوهش به مطالعه اثر شكل سطح مقطع استوانه بر الگوي جريان دنباله پرداخته شده است. در تحقيق حاضر يك روش مرز مستغرق براي حل جريان حول استوانه هايي با پنج شكل سطح مقطع مختلف توسعه داده شده و مورد استفاده قرار گرفته است. روش مرز مستغرق بكار گرفته شده در اين مقاله، در زمره ي روش هاي اعمال نيرو بصورت مستقيم است كه از توابع بكار رفته در روش هاي اعمال نيرو بصورت پيوسته در فرايند درون يابي و برون يابي استفاده مي كنند. در اين پژوهش از تقريب مرتبه اول زماني براي ترم نيرو در نقاط لاگرانژي به گونه اي استفاده شده است كه ارضاي شرايط مرزي را تضمين مي كند. براي اعتبار سنجي، نتايج حل عددي با نتايج موجود در مراجع براي چند حالت مختلف مقايسه شده اند. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه در رينولدز هاي مورد مطالعه با افزايش عدد رينولدز بسته به شكل سطح مقطع، ضريب درگ ممكن است كاهش يا افزايشيابد. با اين وجود عدد استروهال بطور كلي همواره افزايش مييابد. از طرف ديگر شكل سطح مقطع به شدت الگوي جريان را تحت تاثير قرار مي دهد. ايجاد تغيير در وسعت ناحيه جدايش، فركانس توليد گردابه ها، شكل اين گردابه ها و نحوه جداشدن آنها از سطح جسم از جمله تاثيرات شكل سطح مقطع بر الگوي جريان مي باشد.

There are different numerical and experimental studies on the flow patterns around cylinders with various cross sections. However, there are only very few papers in which the effects of the cross sectional shape on the flow patterns around different cylinders are considered. This paper, therefore, provides a comparative study of the flow past cylinders with different cross sectional shapes using an immersed boundary method. The immersed boundary method used in this paper is a modified version of a direct forcing method in which the same functions employed in the continuous forcing methods are also used in interpolation and extrapolation processes. A specific approximation has also been used to determine the force at Lagrangian nodal points. All the simulations performed in this study are at Reynolds numbers 50, 100 and 150 and the results include vortex shedding and streamline diagrams as well as diagrams which show the variations of the lift and drag coefficients and Strouhal number. Computational results are satisfactory as compared to similar results reported in the literature.