بررسي عددي جريان عبوري از يك استوانه ي دايره اي زير سطح آزاد با روش حجم سيال

Numerical Investigation of Flow past a Circular Cylinder beneath a Free Surface with Volume of Fluid (VOF) Method

در اين تحقيق، جريان گذرنده از يك استوانه ي دايره اي دوبعدي ثابت، نزديك يك سطح آزاد در عدد رينولدز 180 و عدد فرود 0.2 در نسبت فاصله هاي گوناگون از سطح آزاد سيال، بطور عددي بررسي شده است. براي شبيه سازي سطح آزاد از روش حجم سيال استفاده شده است. معادلات پيوستگي، مومنتم و كسر حجمي با روش حجم محدود توسط كد تجاري فلوئنت حل شده اند. براي اعداد فرود پايين كه نشان دهنده ي تاثير غالب گرانش و تغيير شكل ناچيز سطح آزاد هستند، نتايج داراي شباهت هاي بسياري با مسئله ي جريان حول استوانه نزديك يك ديواره ي بدون لغزش است، بگونه اي كه مكانيزم رهايش گردابه ي يكساني براي آنها مي توان پيش بيني نمود. زمانيكه فاصله ي بين استوانه و سطح آزاد كاهش مي يابد، عدد استروهال در نسبت فاصله ي 0.7 به حداكثر مقدار خود مي رسد، كاهش بيشتر نسبت فاصله، موجب كاهش عدد استروهال شده، در نسبت فاصله ي 0.16 اساساً پديده ي رهايش گردابه به حداقل مقدار ممكن مي رسد. در اين تحقيق به بررسي كانتورهاي سرعت، فشار و ضرايب آيروديناميكي در نسبت فاصله هاي مختلف پرداخته شده، تاثير سطح آزاد سيال بر هيدروديناميك جريان در اعداد فرود پائين مطالعه شده است.

In this paper، flow through a fixed two-dimensional circular cylinder beneath of a free surface at various gap ratios at Reynolds number of 180 and Froude number of 0.2 is numerically investigated. Continuity and momentum equations is resolved with control volume method by commercial software Ansys Fluent 14.00. For the low Froude number case (i.e.، gravity-dominated)، the results obtained are similar to those for flow past a cylinder close to a no-slip boundary، so that similar vortex shedding mechanism can be observed. As the distance between the surface and the cylinder is reduced، the Strouhal number، as measured from the time varying lift، increases to a maximum at a gap ratio of 0.70. Further gap reduction leads to a rapid decrease in the Strouhal number، with shedding finally ceasing altogether at gap ratios below 0.16. The agreement between the results for a free surface and a no-slip boundary suggests that the mechanism behind the suppression of vortex shedding is common to an adjacent no-slip boundary. In this research، Lift coefficients and velocity contours for various gap ratios has been investigated، also the effect of free surface on flow hydrodynamic for low Froude number s is considered.