تحلیل آکوستیک جریان آشفته سیال حول استوانه آبگریز
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
اصل مقاله (652.87 K)
کد مقاله : 1083-ISAV2022 (R1)
نویسندگان
1مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
2گروه مهندسی مکانیک دانشگاه زنجان
چکیده
در مقالۀ حاضر، تحلیل آکوستی ک جریان س هبعدی، ناپای ا، آشفته و تراکمناپذیر سیال نیوتنی حول استوانه در دو حالت بدون
لغزش و آبگریز بررسی م یشود. برای شبی هسازی از نرمافزار مت نباز اوپنفوم و به منظور اعمال آبگریز ی سطح، از شرط مر ز ی
نوع سوم راب ین استفاده شده است. بدین منظور دو ضریب آبگریزی 425 / 0 و 1 / 0 در نظر گرفته شد هاند. جریان حول استوان ه
توسط روش شبی هسازی گردابهها ی بزرگ در رینولدز 3900 مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در تحلیل آکوستیکی از
آنالوژی فاکسویلیامز-هاوکینگز استفاده شده است. اثر آبگریزی روی ضرایب نیرو، عدد اشتروهال و همچنین میزان بیشی ن ۀ
صدا و شدت صدای کل همراه با نمودار قطبی انتشار صدا با استفاده از آنالوژی آکوستیکی به دست آمده است. مشاهده گردی د
که شرایط آبگریزی در بیشترین حالت، منجر به کاهش 14 درصد ی ضریب پسا، کاهش 54 درصد ی جذر میانگین مربعات
ضریب برآ، افزایش 8 درصدی عدد اشتروهال و کاهش 5 واحدی شدت صدای تولید شده بر حسب دسیبل م یشود.
لغزش و آبگریز بررسی م یشود. برای شبی هسازی از نرمافزار مت نباز اوپنفوم و به منظور اعمال آبگریز ی سطح، از شرط مر ز ی
نوع سوم راب ین استفاده شده است. بدین منظور دو ضریب آبگریزی 425 / 0 و 1 / 0 در نظر گرفته شد هاند. جریان حول استوان ه
توسط روش شبی هسازی گردابهها ی بزرگ در رینولدز 3900 مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در تحلیل آکوستیکی از
آنالوژی فاکسویلیامز-هاوکینگز استفاده شده است. اثر آبگریزی روی ضرایب نیرو، عدد اشتروهال و همچنین میزان بیشی ن ۀ
صدا و شدت صدای کل همراه با نمودار قطبی انتشار صدا با استفاده از آنالوژی آکوستیکی به دست آمده است. مشاهده گردی د
که شرایط آبگریزی در بیشترین حالت، منجر به کاهش 14 درصد ی ضریب پسا، کاهش 54 درصد ی جذر میانگین مربعات
ضریب برآ، افزایش 8 درصدی عدد اشتروهال و کاهش 5 واحدی شدت صدای تولید شده بر حسب دسیبل م یشود.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Acoustic analysis of turbulent flow over a superhydrophobic cylinder
Authors
Ali Rezaei Barandagh, Jafar Ghazanfarian
Abstract
Hydroacoustics of three-dimensional, turbulent, and incompressible flow over no-slip and superhydrophobic cylinders has been studied at Re = 3900. The OpenFOAM libraries have been used to simulate the flow by means of the large eddy simulation technique. A third-type Robin boundary condition has been utilized to apply superhydrophobicity on the surface including two different slip coefficients of 0.425 and 0.1. The effect of superhydrophobicity on the drag and lift coefficients, the Strouhal number, the overall and maximum sound pressure levels along with the directivity of sound has been investigated. Regarding the acoustical analysis, the Ffowcs Williams-Hawkings acoustic analogy is used to investigate the generation and propagation of sound. For the case of a superhydrophobic cylinder, the application of slip is found to decrease the mean drag coefficient and the rms of lift coefficient by 14 and 54 percent, respectively. It also leads to an 8 percent increase of the Strouhal number. Furthermore, the overall sound pressure level is reduced by an amount of 5 decibels.
Keywords
Superhydrophobicity, Large Eddy Simulation, Acoustic Analogy
مراجع
<p dir="ltr"><span class="fontstyle0">[1] V. Strouhal, </span><span class="fontstyle2">Über eine besondere Art der Tonerregung</span><span class="fontstyle0">, Stahel, 1878.<br />[2] C. Williamson, "Vortex dynamics in the cylinder wake", </span><span class="fontstyle2">Annual review of fluid mechanics </span><span class="fontstyle0">28 (1), 477–539 (1996).<br />[3] C. Wang, H. Tang, S.C. Yu, and F. Duan, "Active control of vortex-induced vibrations of a circular cylinder using windward-suction-leeward-blowing actuation", </span><span class="fontstyle2">Physics of Fluids </span><span class="fontstyle0">28 (5):053601 (2016).<br />[4] W. Barthlott, C. Neinhuis, "Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces", </span><span class="fontstyle2">Planta </span><span class="fontstyle0">202(1), 1–8 (1997).<br />[5] A.B.D. Cassie, S. Baxter, "Wettability of porous surfaces", </span><span class="fontstyle2">Transactions of the Faraday society </span><span class="fontstyle0">40, 546–551 (1944).<br />[6] R.N. Wenzel, "Resistance of solid surfaces to wetting by water", </span><span class="fontstyle2">Industrial & Engineering Chemistry </span><span class="fontstyle0">28 (8), 988–994 (1936).<br />[7] R. Daniello </span><span class="fontstyle2">et al</span><span class="fontstyle0">., "Influence of slip on vortex-induced motion of a superhydrophobic cylinder", </span><span class="fontstyle2">Journal of Fluids and structures </span><span class="fontstyle0">42, 358–368 (2013).<br />[8] Muralidhar </span><span class="fontstyle2">et al</span><span class="fontstyle0">., "Influence of slip on the flow past superhydrophobic circular cylinders", </span><span class="fontstyle2">Journal of fluid mechaics </span><span class="fontstyle0">680, 459-476 (2011).<br />[9] D. Legendre, E. Lauga, and J. Magnaudet, "Influence of slip on the dynamics of two-dimensional wakes", </span><span class="fontstyle2">Journal of fluid mechanics </span><span class="fontstyle0">633, 437-447 (2009).<br />[10] B. Zeinali, J. Ghazanfarian, and B. Lessani, "Janus surface concept for three-dimensional turbulent flows", </span><span class="fontstyle2">Computers & Fluids </span><span class="fontstyle0">170, 213–221 (2018).<br />[11] M.J. Lighthill, "On sound generated aerodynamically i. general theory", </span><span class="fontstyle2">Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences </span><span class="fontstyle0">211(1107), March 564–587 (1952).<br />[12] N. Curle, "The influence of solid boundaries upon aerodynamic sound", </span><span class="fontstyle2">Proceedings of the<br />Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences </span><span class="fontstyle0">231(1187), September<br />505–514 (1955).<br />[13] J.E. Ffowcs Williams, D.L. Hawkings, "Sound generation by turbulence and surfaces in arbitrary motion", </span><span class="fontstyle2">Philosophical Transactions for the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences </span><span class="fontstyle0">264(1151), May 321–342 (1969).<br />[14] A.G. Kravchenko, P. Moin, "Numerical studies of flow over a circular cylinder at Re D = 3900", </span><span class="fontstyle2">Physics of fluids </span><span class="fontstyle0">12(2), 403–417 (2000).<br />[15] C. Norberg, "An experimental investigation of the flow around a circular cylinder: influence of aspect ratio", </span><span class="fontstyle2">Journal of Fluid Mechanics </span><span class="fontstyle0">258, 287–316 (1994).<br />[16] C. Norberg, "Flow around a circular cylinder: aspects of fluctuating lift", </span><span class="fontstyle2">Journal of fluids and structures </span><span class="fontstyle0">15(3-4), 459–469 (2001).<br />[17] D.A. Lysenko, I.S. Ertesvåg, and K.E. Rian, "Large-eddy simulation of the flow over a circular cylinder at Reynolds number 3900 using the OpenFOAM toolbox", </span><span class="fontstyle2">Flow, turbulence and combustion </span><span class="fontstyle0">89(4), 491–518 (2012).</span></p>