Estudio numérico del flujo laminar y la vibración inducida por vórtices en un cilindro sujeto a oscilaciones libres y forzadas a bajos números de Reynolds
Autores: Al Manthari, M. S.; Azeez, Carlton; Sankar, M.; Pushpa, B. V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Estudio numérico del flujo laminar y la vibración inducida por vórtices en un cilindro sujeto a oscilaciones libres y forzadas a bajos números de Reynolds
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Cilindro
Flujo
Vibración inducida por vórtices
Fuerzas
Número de Reynolds
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio, nuestro objetivo fue investigar numéricamente el flujo laminar 2D sobre un cuerpo cilíndrico y realizar análisis de vibración inducida por vórtices en un cilindro circular de radio unitario colocado en un canal, asumiendo que el cilindro estaba fijo. Se analizaron los casos de un cilindro bajo oscilación forzada y tres escenarios diferentes de un cilindro oscilante libremente. La dinámica del dominio del fluido estaba gobernada por las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles; sin embargo, el campo estructural se describió utilizando ecuaciones elastodinámicas no lineales. Los dominios de fluido y sólido se discretizaron con el método de volúmenes finitos (FVM) en el espacio y el tiempo. Se determinaron las predicciones de las fuerzas hidrodinámicas, a saber, los términos de sustentación y arrastre, para cada escenario. Un aumento en el número de Reynolds causó un incremento exponencial en la fuerza de sustentación. En el caso de un flujo estabilizado, la disminución colectiva en la rigidez y el amortiguamiento redujo los factores máximos de arrastre y sustentación. Además, se observó que el factor de sustentación se alteró mínimamente por variaciones en el amortiguamiento y la rigidez en comparación con el cambio en el factor de arrastre. A partir de estas observaciones, parece que el factor de sustentación probablemente se correlaciona con la estructura del cilindro y las propiedades del fluido.
Descripción
En este estudio, nuestro objetivo fue investigar numéricamente el flujo laminar 2D sobre un cuerpo cilíndrico y realizar análisis de vibración inducida por vórtices en un cilindro circular de radio unitario colocado en un canal, asumiendo que el cilindro estaba fijo. Se analizaron los casos de un cilindro bajo oscilación forzada y tres escenarios diferentes de un cilindro oscilante libremente. La dinámica del dominio del fluido estaba gobernada por las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles; sin embargo, el campo estructural se describió utilizando ecuaciones elastodinámicas no lineales. Los dominios de fluido y sólido se discretizaron con el método de volúmenes finitos (FVM) en el espacio y el tiempo. Se determinaron las predicciones de las fuerzas hidrodinámicas, a saber, los términos de sustentación y arrastre, para cada escenario. Un aumento en el número de Reynolds causó un incremento exponencial en la fuerza de sustentación. En el caso de un flujo estabilizado, la disminución colectiva en la rigidez y el amortiguamiento redujo los factores máximos de arrastre y sustentación. Además, se observó que el factor de sustentación se alteró mínimamente por variaciones en el amortiguamiento y la rigidez en comparación con el cambio en el factor de arrastre. A partir de estas observaciones, parece que el factor de sustentación probablemente se correlaciona con la estructura del cilindro y las propiedades del fluido.