بررسي تجربي جريان پشت سيلندر مربعي سه بعدي با استفاده از كاوشگر پنج حفره و شبكه عصبي

Experimental investigation of flow around 3D square cylinder using five-hole probe and neural network

در اين مطالعه، ساختار جريان پشت سيلندر مربعي سه بعدي به صورت تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. جهت استخراج مشخصات فيزيكي ساختار جريان در عدد رينولدز 10 از يك كاوشگر پنج حفره استفاده شده و توزيع سرعت متوسط، فشار كل، فشار استاتيك، خطوط جريان و ورتيسيته ارائه شده اند. براي كاليبراسيون كاوشگر پنج حفره به جاي استفاده از روش هاي مرسوم كاليبراسيون، سيستم هاي شبكه عصبي و به طور مشخص تابع اساسي شعاعي به كار گرفته شده اند. با معرفي تعدادي از معيار هاي آماري و با مقايسه روش مطالعه حاضر با روش درون يابي خطي و روش انطباق منحني چند جمله اي از مرتبه پنج، مشخص گرديد تابع اساسي شعاعي داراي دقت مناسب و خطاي كم تري در كاليبراسيون كاوشگر پنج حفره است. نتايج آزمايش ها نشان مي دهد كه گردابه هاي نوك و پايه سيلندر با افزايش فاصله از سيلندر ضعيف تر مي گردند. افزايش اندازه ناحيه دنباله در صفحات عرضي در نزديكي انتهاي آزاد سيلندر كمترين مقدار خود و در قسمت مياني بيشترين مقدار خود را داراست. هم چنين به اثر تغيير شكل انتهاي آزاد سيلندر مربعي بر ميدان فشار كل پشت سيلندر و بردار هاي سرعت در صفحات مختلف پرداخته شده است. ملاحظه شده است كه در سيلندر مربعي با انتهاي آزاد نيم بيضوي، ارتفاع و پهناي ناحيه دنباله به طور قابل توجهي نسبت به سيلندر سه بعدي با انتهاي تخت كاهش مي يابد. نتايج به خوبي اثر لايه برشي جدا شده از انتهاي آزاد سيلندر را بر مشخصات فيزيكي جريان نشان مي دهند.

In the present study، wake structure downstream a 3D square cylinder is experimentally investigated. The contours of mean velocity، total pressure، static pressure and vorticity are presented for the wake region. Five-hole probe is used for extracting the required wake properties and determining the flow structure. A novel neural network method is used for calibrating the five hole prob. The calibration map obtained by this method is compared with the conventional linear and 5th order polynomial surface fit algorithms. Based on the statistical parameters of calibration data، it is shown the neural network algorithm is more accurate and works faster than the other methods. Experimental results showed that with increasing the distance from the cylinder، tip and base vortices are weakened، the height of wake region decreases while its width increases simultaneously. The effects of free end shear layer on the flow structure are clarified in the results. Downwash flow from free end of cylinder and upwash flow from the bottom wall decrease the width of the wake region near top and bottom of cylinder in comparison with the mid-height region. The effect of free end shape of a finite square cylinder is also investigated. The shear layer separated from the free end plays an important role.