كنترل جريان و كاهش ضريب پساي استوانه توسط سطوح متحرك با شبيه‌سازي دوبعدي

Flow control and drag reduction of circular cylinder using moving surfaces by two-dimensional simulation

در اين مقاله، به بررسي جريان آرام گذرنده از يك استوانه كه در مقابل يك جريان تراكم ناپذير يكنواخت قرار گرفته، به صورت عددي و در حالت دو بعدي پرداخته شده است. بخش‌هايي از سطح استوانه با سطوحي متحرك كه قابليت كنترل رشد لايه مرزي را دارند جايگزين شده‌اند. سپس اثرات موقعيت سطوح روي ضرايب توان و پساي استوانه تحت سرعت‌هاي مختلف سطوح در محدوده اعداد رينولدز بين 60 تا 180 مطالعه شده‌اند. براي شبيه‌سازي عددي جريان سيال، معادلات ناوير- استوكس ناپايا به-كمك يك روش كوپل سرعت-فشار موسوم به آر، كي-سيمپلر به روش حجم محدود و با دقت زماني و مكاني مرتبه دو حل شده‌اند. به منظور اعتبارسنجي برنامه كامپيوتري تدوين شده، پاسخ‌هاي حاصل با نتايج عددي موجود مقايسه گرديد و تطابق بسيار خوبي به‌دست آمد. نتايج به‌دست آمده از اين بررسي‌ها نشان مي‌دهند كه برخي از اين سطوح متحرك، ضريب توان كل حركت سيستم و ضريب پسا را كاهش مي‌دهند. همچنين، موقعيت و سرعت بهينه سطوحي كه موجب كمينه شدن ضريب توان شده‌اند، به-دست آمده‌اند؛ با مشاهده نتايج مي‌توان دريافت كه در تمامي اعداد رينولدز، حداقل ضريب توان يا به‌عبارتي ضريب پساي بهينه در زاويه سطح 70 درجه رخ داده است.

Flow around a circular cylinder placed in an incompressible uniform stream is investigated via twodimensional numerical simulation in the present study. Some parts of the cylinder are replaced with moving surfaces, which can control the boundary layer growth. Then, the effects of the moving surfaces locations on the power and drag coefficients are studied at various surface speeds. The flow Reynolds number is varied from 60 to 180. To simulate the fluid flow, the unsteady Navier-Stokes equations are solved by a finite volume pressure-velocity coupling method with second-order accuracy in time and space which is called RK-SIMPLER. In order to validate the present written computer code, some results are compared with previous numerical data, and very good agreement is obtained. The results from this study show that some of these surfaces reduce the drag coefficients and the coefficient of the total power requirements of the system motion. The optimum location and the speed of the surfaces which cause the minimizing the power coefficient are also obtained. By observing the results it is found that in all Reynolds numbers, the minimum power coefficient or in other words, the optimum drag coefficient occurs at surface angle of 700.