13572

13572

حل عددي ارتعاشات ناشي ازجريان حول استوانه با تكيه¬گاه الاستيك در مجاورت سطح آزاد سيال

كارشناسي ارشد

مكانيك - تبديل انرژي

آذرماه 1393

آذرماه 1393

دكتر سيد مصطفي حسينعلي پور

چكيده جريان سيال از روي يك استوانه، عليرغم سادگي ظاهري داراي پيچيدگي¬هاي ذاتي فراواني است و وجود سطح آزاد سيال در نزديكي آن بر اين پيچيدگي¬ها مي¬افزايد. اين موقعيت، محدوده¬ي وسيعي از كاربردهاي مهندسي از جريان دوفازي درون مبدل¬هاي حرارتي تا تاسيسات دريايي گوناگون را در بر مي¬گيرد. در اين پايان¬نامه، شبيه¬سازي عددي دو بعدي ارتعاشات ناشي از جدايش گردابه¬ها از سطح استوانه¬ي دايره¬اي دو درجه آزادي، تحت تكيه¬گاه¬ الاستيك در مجاورت سطح آزاد سيال انجام شده است. استوانه مي¬تواند در جهات طولي و عرضي نسبت به ميدان جريان نوسان داشته باشد. جريان اطراف استوانه، آرام و در محدوده¬ي اعداد رينولدز 60 الي 130 در نظر گرفته شده است. تغيير شكل سطح آزاد ناچيز بوده و براي عدد فرود 0.2 همچون يك ديواره¬ي صلب بدون لغزش عمل مي¬كند. اثرات سطح آزاد با در نظرگيري دو نسبت فاصله از آن برابر با 2.5 و 1.5 بررسي شده است. فركانس طبيعي سيستم جرم- فنر در هر نسبت فاصله، بگونه¬اي انتخاب شده كه با عدد استروهال جريان مربوطه در رينولدز 100 حول استوانه¬ي ساكن برابر باشد. گسسته¬سازي معادلات جريان بر مبناي روش حجم محدود در نرم افزار تجاري فلوئنت انجام شده است. براي كوپلينگ حركت استوانه با ميدان جريان از روش ديناميك مش با يك كد افزوده شده به نرم افزار استفاده شده و براي شبيه¬سازي سطح آزاد سيال نيز روش حجم سيال(VOF) بكار گرفته شده است. شبيه¬سازي¬هاي ارتعاشات ناشي از جريان و سطح آزاد سيال بطور جداگانه تطابق خوبي با نتايج موجود نشان مي¬دهند. تاثير سطح آزاد در ابتدا بر استوانه¬ي ثابت بررسي شده كه حاكي از تغييرات قابل توجه عدد استروهال،حول نسبت فاصله¬ي 0.7 است، سپس تاثير سطح آزاد بر ناحيه¬ي قفل شدگي با استفاده از مقايسه¬ي نمودارهاي جابجايي عرضي، ضرايب آيروديناميكي و نمودارهاي تطابق فركانسي در دو نسبت فاصله¬ي مد نظر، بررسي مي¬شود كه نتايج با نزديك شدن استوانه به سطح آزاد، حاكي از كاهش ناحيه¬ي قفل شدگي، كاهش دامنه¬ي نوسانات و تغيير ضرايب آيروديناميكي بسته به شاخه¬ي قرارگيري رينولدز جريانهستند. در نهايت، الگوهاي رهايش گردابه در دو نسبت فاصله براي رينولدزهاي مختلف، بتصوير كشيده شده¬اند كه متفاوت بودن مدهاي رهايش گردابه را در ناحيه-ي تطابق فركانسي نسبت به ساير نواحي بخوبي نشان مي¬دهد. واژگان كليدي: ارتعاشات ناشي از جريان، مدل حجم سيال، رهايش گردابه،سطحآزاد سيال، روشحجمكنترل، تطابق فركانسي.