بررسي عددي اثر همزمان نوسان زاويه ايي استوانه و افزودن نانوذرات بر ضرايب ليفت، درگ و ميدان چرخش در جريان حول استوانه مدور

Numerical investigation of the effects of angular oscillation of the cylinder and adding nanoparticles on the lift and drag coefficients and vorticity field in fluid flow around a circular cylinder

در اين مقاله جريان آرام، دو بعدي، تراكم¬ناپذير، لزج و ناپاياي نانوسيال آب- اكسيد مس حول استوانه¬ مدور با نوسان زاويه¬ايي در رينولدزهاي 100، 150 و 200 به ¬طور عددي در نسبت فركانس¬هاي نوسان 2 و 1 ، 5/0F=، دامنه¬هاي نوسان و كسر حجمي نانوذرات در محدوده 03/0≥ φ ≥0 شبيه¬سازي شده است. معادلات حاكم با روش حجم محدود گسسته¬سازي شده¬اند و الگوريتم حل عددي مورد استفاده بر مبناي روش پيزو بوده است. هدف اصلي اين مقاله، ارزيابي اثرات كسر حجمي نانوذرات و پارامترهاي نوسان بر ويژگي¬هاي جريان اطراف استوانه با نوسان زاويه¬ايي بوده است. علاوه بر اين، پديده¬ قفل¬شدگي گردابه¬ها و اثرات آن بر روي هيدروديناميك جريان مورد مطالعه قرار گرفته است. طبق نتايج عددي بدست آمده، تغييرات كسرحجمي نانوذرات و پارامترهاي نوسان اثرات چشمگيري بر مشخصه¬هاي جريان حول استوانه دارند. پس از بررسي اثر افزودن نانوذرات بر فركانس ريزش گردابه¬ها از سطح استوانه مشاهده شد كه افزودن نانوذرات به سيال پايه، سبب كاهش فركانس ريزش گردابه¬ها از سطح استوانه مي¬شود. همچنين اثر همزمان نسبت فركانس نوسان و كسر حجمي نانوذرات بر ضريب درگ بررسي شد و مشاهده شد كه ضريب درگ در محدوده¬ فركانس-هاي قفل¬شدگي به طور چشمگيري افزايش مي¬يابد و در نسبت فركانس¬هاي نوسان2 و1F= با افزودن كسر حجمي نانوذرات، ضريب درگ افزايش قابل¬ملاحظه¬ايي داشته است. پس از بررسي اثر همزمان كسر حجمي نانوذرات و دامنه نوسان بر ضريب درگ متوسط مشاهده شد كه افزودن كسر حجمي نانوذرات نسبت به افزودن دامنه نوسان، تاثير بيشتري بر افزايش ضريب درگ دارد.

In this article laminar, two dimensional, incompressible, viscous and unsteady Cuo-water nanofluid flow around the circular cylinder with rotatory oscillations at Re=100, 150 and 200 and for oscillation frequency ratio of F=0.5 , 1 and 2 ,θA=????/4 , ????/2 and volume fraction of nanopartciles in the range of 0≤ φ ≤0.03 was simulated numerically. Governing equation was discretized via finite volume method. Also, we have used PISO algorithm to set the coupling of the pressure and velocity equations. The main target of this article was to evaluate the effects of nanoparticles volume fraction and oscillation parameters on the flow charactristics around the cylinder with rotatory oscillations. Furthermore, Lock-on phenomenon and its effects on the flow hydrodynamics were investigated. According to the numerical results obtained, variation of the nanoparticles volume fraction and oscillation parameters have significant effects on the flow charactristics around the cylinder. Based on the numerical results obtained, adding nanopartciles to the base fluid, leads to decrease vortex shedding frequency from the cylinder surface. Although, simultaneous effects of the oscillation frequency ratio and nanopartciles volume fraction on the behavior of the drag coefficient were studied and observed that the amount of drag coefficient increased significantly in the Lock-on region and at frequency ratio of F =1, 2 the amount of the average drag coefficient, increases considerably with increasing nanopartciles volume fractions. Moreover, simultaneous effects of nanoparticles volume fraction and oscillation amplitude on the average drag coefficient were investigated and concluded that adding nanoparticles volume fraction is more effective on the drag coefficient increase in comparison to adding oscillation amplitude.