Numerical simulation of laminar flow around rotating cylinder - Effect of rotational speed on vortex shedding
Αριθμητική προσομοίωση στρωτής ροής γύρω από περιστρεφόμενο κύλινδρο - Επίδραση της ταχύτητας περιστροφής στην αποβολή στροβίλων
Keywords
Reynolds ; Αριθμός Strouhal ; Συντελεστής οπισθέλκουσας ; Συντελεστής άνωσης ; Αριθμητική προσομοίωση ; Δυναμική ροή ; Εξισώσεις Navier-Stokes (NS) ; Οδός δίνης von Karman ; Computational Fluid Dynamics (CFD) ; Vortex shedding ; Laminar flow ; Reynolds number ; Strouhal number ; Drag coefficient ; Lift coefficient ; Numerical simulation ; Flow dynamics ; Navire Stokes equations (NS) ; Flow past bluff bodies ; Vom Karman vortex streetAbstract
This thesis investigates the complex dynamics of laminar flow around a rotating circular cylinder and the resultant vortex shedding, utilizing computational fluid dynamics (CFD) simulations. A comprehensive numerical study was performed to assess the impact of cylinder rotation parameters, specifically the amplitude and frequency of rotational speed, on vortex shedding behavior. The simulations, conducted using ANSYS Fluent, explored various configurations of the cylinder’s rotational speed characterized by dimensionless parameters such as the Reynolds number and Strouhal number. The study employed a detailed meshing strategy to ensure the accuracy and reliability of the simulation results, correlating closely with established benchmarks in fluid dynamics literature. The outcomes demonstrate significant variations in drag and lift coefficients with changes in the rotational parameters, revealing intricate relationships between the dynamics of vortex shedding and the rotational characteristics of the cylinder. The findings have profound implications for improving the efficiency and stability of systems involving cylindrical bodies in fluid flows, such as marine structures and aerodynamic components. Future research is suggested to further explore the interdependencies of rotational parameters and to optimize design and operational strategies for industrial applications involving fluid dynamics.
Abstract
Η παρούσα εργασία διερευνά την πολύπλοκη δυναμική της στρωτής ροής γύρω από έναν περιστρεφόμενο κυκλικό κύλινδρο και την επακόλουθη δημιουργία δίνης, χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD). Πραγματοποιήθηκε μια μελέτη για την αξιολόγηση της επίδρασης των παραμέτρων περιστροφής του κυλίνδρου, συγκεκριμένα του πλάτους και της συχνότητας της ταχύτητας περιστροφής, στη συμπεριφορά της αποβολής δίνης. Οι προσομοιώσεις, που πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του ANSYS Fluent, διερεύνησαν διάφορες παραμέτρους της ταχύτητας περιστροφής του κυλίνδρου που χαρακτηρίζονται από παραμέτρους χωρίς διαστάσεις, όπως ο αριθμός Reynolds και ο αριθμός Strouhal. Η μελέτη χρησιμοποίησε μια λεπτομερή στρατηγική πλέγματος για τη διασφάλιση της ακρίβειας και της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης, η οποία συσχετίζεται στενά με καθιερωμένα σημεία αναφοράς στη βιβλιογραφία της ρευστοδυναμικής. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν σημαντικές μεταβολές στους συντελεστές αντίστασης και ανύψωσης με αλλαγές στις παραμέτρους περιστροφής, αποκαλύπτοντας περίπλοκες σχέσεις μεταξύ της δυναμικής της αποκόλλησης δίνης και των χαρακτηριστικών περιστροφής του κυλίνδρου. Τα ευρήματα έχουν βαθιές συνέπειες για τη βελτίωση της απόδοσης και της σταθερότητας των συστημάτων που περιλαμβάνουν κυλινδρικά σώματα σε ροές ρευστών, όπως οι θαλάσσιες κατασκευές και τα αεροδυναμικά εξαρτήματα. Προτείνεται η μελλοντική έρευνα για την περαιτέρω διερεύνηση των αλληλεξαρτήσεων των παραμέτρων περιστροφής και τη βελτιστοποίηση των στρατηγικών σχεδιασμού και λειτουργίας για βιομηχανικές εφαρμογές που περιλαμβάνουν ρευστοδυναμική.