اثر نوسان يك رشته ي الاستيك پشت استوانه صلب بر كاهش ضريب پسآ در جريان سيال تراكم‌ناپذير: روش مرز غوطه ور-شبكه بولتزمن-شبكه فنر

Flapping effect of Elastic Filament Behind a Rigid Cylinder on the Drag Reduction in an incompressible flow: immersed Boundary-lattice Boltzmann-lattice Spring Method

تحقيق حاضر يك حل عددي از تقابل سازه­ ي الاستيك-سيال تراكم ناپذير با استفاده از روش مرز غوطه ­ور است، كه در آن فاز جامد يك رشته­ الاستيك قرار گرفته پشت يك استوانه صلب در جريان سيال است. هدف، بررسي اثرات متقابل اين رشته و استوانه بر يكديگر و به طور خاص اثر رشته الاستيك بر كاهش ضريب پسآي استوانه است. در روش مرز غوطه ­ور، فاز جامد و سيال در دو ناحيه مجاز از هم حل مي­ شوند. براي حل جريان و مومنتوم فاز سيال از معادلات شبكه بولتزمن استفاده شده است. در تحقيق حاضر رشته­ الاستيك برخلاف تحقيقات گذشته بدون نياز به حل معادلات ساختاري پيوسته جامد الاستيك، به صورت يك شبكه از جرم هاي متمركز و المان هاي فنر كه مي ­تواند خواصي چون مدول الاستيسيته و صلبيت خمشي رشته­ الاستيك را پوشش دهد، مدل شده و با روش مرز غوطه­ ور با حل جريان مرتبط است. نتايج نشان داده است كه جرم، هندسه و محل قرار گيري رشته پشت استوانه­ صلب، بر پايداري و كاهش ضريب پسآي آن اثر گذار است. اثبات وجود يك نقطه­ كمينه ضريب پسآ و تحليل آن به عنوان ديگر زمينه­ تفاوت اين تحقيق با تحليل­ هاي پيشين محسوب مي­ شود.

Present study is a numerical solution for incompressible fluid-elastic structure interaction by use of immersed boundary method. The solid phase is an elastic filament hinged on rear of a rigid cylinder in the presence of fluid flow. The purpose of this study is investigation of interaction of flexible filament and rigid cylinder. In the immersed boundary method, solid and fluid domains are solved in separated regions. For solving the flow field and momentum equations, the lattice Boltzmann equations are employed. In present study in contrast to previous studies, the elastic filament is also modeled by a mass-spring network that provides elastic properties like young’s and bending modulus. The mass of filament is discretized on nodes of spring network. These two solution regions are connected by applying suitable boundary conditions at each time step. Results show that the mass, geometry and location of filament behind the rigid cylinder have significant effect on the filament’s stability and drag reduction. Indicating and analyzing a special point behind the cylinder, where the drag is minimum, is the another purpose of this study.