حل عددی ارتعاشات القایی ناشی از رهایش گردابه حول استوانه با تکیه گاه الاستیک در مجاورت سطح آزاد سیّال

در این تحقیق، شبیه سازی عددی ارتعاشات ناشی از رهایش گردابه از سطح استوانه‌ی دایره‌ای دو درجه آزادی، تحت تکیه گاه الاستیک در مجاورت سطح آزاد سیّال انجام شده است. جریان اطراف استوانه، آرام و در محدود هی اعداد رینولدز 60 الی 130 در نظر گرفته شده است. تغییر شکل سطح آزاد ناچیز بوده و برای عدد فرود 0/2 همچون یک دیواره ی صلب بدون لغزش عمل می‌کند. اثر سطح آزاد با در نظرگیری دو نسبت فاصله از آن بررسی می‌شود. فرکانس طبیعی سیستم جرم فنر در هر نسبت فاصله، به گونه‌ای انتخاب شده که با عدد استروهال جریان در رینولدز 100 حول استوانه‌ی ساکن برابر باشد. گسسته سازی معادلات جریان بر مبنای روش حجم محدود در کد تجاری فلوئنت انجام شده است. برای کوپلینگ حرکت استوانه با میدان جریان از روش شبکه‌ی متحرّک با یک کد اضافه شده به نرم افزار استفاده شده و برای شبیه‌سازی سطح آزاد، روش حجم سیّال به کار گرفته شده است. شبیه سازی‌های ارتعاشات ناشی از جریان و سطح آزاد سیّال بطور جداگانه تطابق خوبی با نتایج موجود نشان می‌دهند. تاثیر سطح آزاد بر ناحیه‌ی قفل شدگی با استفاده از مقایسه‌ی نمودارهای جابه جایی عرضی و ضرایب آیرودینامیکی در دو نسبت فاصله بررسی می‌شود که نتایج با نزدیک شدن استوانه به سطح آزاد، حاکی از کاهش ناحیه ی قفل‌شدگی، کاهش دامنه‌ی نوسانات و تغییر ضرایب آیرودینامیکی بسته به شاخه‌ی قرارگیری عدد رینولدز جریان هستند.

Numerical Investigation of VortexInduced Vibrations of an ElasticallyMounted Circular Cylinder beneath a Free Surface

In this paper, a twodimensional numerical simulation is applied to study the vortexinduced vibrations of an elastically mounted rigid circular cylinder beneath a free surface of fluid. The effect of free surface in laminar flow is investigated with considering two gapratios. The natural structural frequency of oscillator is assumed to match the vortex shedding frequency for a stationary cylinder at Re=100. Discretization of flow equations based on the Finite Volume method was implemented in computational fluid dynamics commercial software Ansys Fluent 14.0. User Defined Function hooked in the Software is given to couple the motion of cylinder to flow motion. For simulation of free surface, volume of fluid method is used. The effect of free surface is investigated with using a comparison of transverse displacement diagrams and aerodynamics coefficients diagrams for the two gapratios. With approaching cylinder to free surface, results show an abatement in the lockin region and the amplitude of the oscillations and aerodynamics coefficients are changed depending on the Reynolds location branch.