Modelling and computation of laminar unsteady flow past oscillating and rotating circular cylinders

• Autorzy: Baranyi L.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper a finite difference solution is presented for the 2D, unsteady incompressible Navier-Stokes equations for laminar flow about fixed, oscillating or rotating cylinders. Equations are transformed to a non-inertial system fixed to the cylinder. Convective terms are handled by a third order upwind difference, other space derivatives by fourth order central differences, and time derivatives by forward differences. The computed Strouhal numbers for fixed cylinders compare well with experimental results. The variation of time mean and root-mean-square values of lift and drag coefficients with rotation parameter alpha is also shown for a rotating cylinder for two different grids. Amplitude bounds of locked-in vortex shedding due to crossflow cylinder oscillation were determined for Re=180.

PL

Modelowanie i analiza nieustalonego przepływu laminarnego wokół drgających i wirujących cylindrów kołowych. W pracy przedstawiono uzyskane metodą różnic skończonych rozwiązanie równań Naviera-Stokesa opisujących dwuwymiarowy, nieściśliwy przepływ laminarny wokół cylindrów. Równania przetransformowano do inercyjnego ukłdu współrzędnych związanych z cylindrem. Człony konwekcyjne przedstawiono za pomocą różnic wstecznych trzeciego rzędu, inne pochodne przestrzenne - różnicami centralnymi czwartego rzędu, a pochodne czasowe - różnicami progresywnymi. Obliczone w ten sposób liczby Strouhala dla cylindrów utwierdzonych są zgodne z wynikami doświadczalnymi. Zmiennośc czasowych współczynników sił nośnych i oporu w zależności od parametru rotacji alfa przedstawiono również dla wirującego cylindra i dwóch siatek podziału.

Słowa kluczowe

EN

bluff body; forced vibration; rotation; lock-in; laminar flow; finite differences

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2000
• Tom: Vol. 38 nr 4
• Strony: 947--955
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Baranyi L.

• Department of Fluid and Heat Engineering, University of Miskolc, Miskolc, Hungary

Bibliografia

• 1. BARANYI L., SHIRAKASHI M., 1999, Numerical Solution for Laminar Unsteady Flow about Fixed and Oscillating Cylinders, Journal of Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences, Warsaw, 6, 263-277.
• 2. CHENG M., CHEW Y.T., Luo S.C., 1997, A Hybrid Vortex Method for Flows Over a Bluff Body, Int. Journal for Numerical Methods in Fluids, 299, 253-274.
• 3. HULBRUT S.E., SPAULDING M.L., WHITE F.M., 1982, Numerical Solution for Laminar Two Dimensional Flow About a Cylinder Oscillating in a Uniform Stream, Journal of Fluids Engineering, 104, 214-222.
• 4. HYUNG J.S., CHONG K.C., JAE M.H., 1995, Experimental Study of Uniform Shear Flow Past a Rotating Cylinder, Journal of Fluids Engineering, 117, 62-67.
• 5. KARNIADAKIS G.E., TRIANTAFYLLOU G.S., 1989, Frequency Selection and Asymptotic States in Laminar Wakes, Journal of Fluid Mechanics, 199, 441-469.
• 6. KAWAMURA T., 1984, Computation of High Reynolds Number Flow Around a Circular Cylinder with Surface Roughness, Proceedings of the 22nd Aerospace Sciences Meeting, Reno, Nevada, AIAA-84-0340, 1-11.
• 7. MENEGHINI J.R., BEARMAN P.W., 1995, Numerical Simulation of High Amplitude Oscillatory Flow About a Circular Cylinder, Journal of Fluids and Structures, 435-455.
• 8. ROACHE P. J., 1982, Computational Fluid Dynamics, Hermosa Publishers, Albuquerque.
• 9. ROSHKO A., 1954, On the Development of Turbulent Wakes from Vortex Streets, NACA Rep., 1191.