مقايسه كارايي روش هاي عددي مختلف در شبيه سازي جريان و توليد صدا حول سيلندر مربعي در زواياي حمله مختلف

Comparison of different methods of numerical simulation of flow and sound around a square cylinder at various incidence angles

در پژوهش حاضر، جريان آشفته هوا بر روي سيلندر مربعي سه بعدي به روش عددي با استفاده از دو مدل اغتشاشي انتقال تنش برشي κ-ω و رهيافت گردابه هاي بزرگ در سه عدد رينولدز 5000، 46000 و 69000 شبيه سازي شده است. سطح فشار صوت در دوردست آكوستيكي و بر روي سطح سيلندر مربعي در شش زاويه حمله مختلف محاسبه شده است. با مقايسه نتايج حل عددي حاضر با نتايج تجربي موجود صحت نتايج و اعتبار سنجي انجام شده است. همچنين نتايج عددي حاضر با نتايج عددي انجام شده ديگر مورد مقايسه قرار گرفته است. مشخص گرديد كه نتايج حل جريان و سطح فشار صوت مطابقت قابل قبولي با نتايج تجربي و عددي ديگران دارند. نوسانات نيروي برآ، پسا و آشفتگي جريان از عوامل تأثير گذار بر سطح فشار صوت هستند. در زاويه حمله 13 درجه كمترين سطح فشار صوت، ضريب درگ، ضريب نوسانات نيروي برآ و كمينه شدن ضريب برآ اتفاق افتاده است. با مقايسه نتايج عددي دو مدل اغتشاشي انتقال تنش برشي κ-ω و رهيافت گردابه هاي بزرگ محاسن و معايب هر روش بررسي شده است. هر دو مدل اغتشاشي نتايج را با اختلاف قابل قبولي پيش بيني كرده اند.

In current study turbulent flow around a 3D square cylinder is modeled using large eddy simulation and shear stress k-ω turbulence modeling for three values of Reynolds numbers 5000, 46000 and 69000. The flow and sound field simulations are conducted by using fluent commercial software. Sound pressure level in the acoustical far field and on the surface of the square cylinder at incidence are evaluated for six angles of attack. Flow induced sound at far field is predicted by employing FWH analogy while sound pressure level over the surface model is directly estimated by measuring the unsteady surface pressures. The results of the present study showed good agreement with the available experimental results. The fluctuating lift and drag forces acting on the square rod and flow turbulence are the main sources of the acoustic field generation. It is noticed that the minimum of drag coefficient, mean and root mean squared (rms) value of lift coefficient, and sound pressure level in acoustical far field occurred at 13 angle of attack. The maximum Strouhal number occurred at 13o angle of attack. The Strouhal number for all angles of attack is noticed to be independent of the flow Reynolds number. Both turbulence models considered in this study predict the acoustic and flow features within an acceptable accuracy.