Investigation of Flow Phenomena and Aerodynamic Forces for Flow Past a Square Cylinder at Different Chamfer Ratios = 모따기 비율이 다른 사각형 실린더를 통과하는 흐름에 대한 흐름 현상 및 공기 역학적 힘의 조사

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Flow past bluff bodies had been a topic of immense interest for engineers and scientists since more than a century. Fluid structure interaction has its potential application in many engineering applications in construction and different aeronautical applications. The purpose of this study is to investigate flow phenomena and variation in aerodynamic forces as a result of flow over the bluff bodies. The structures taken for investigation in the present study are square and its different chamfer dimensions. The chamfer ratio was defined as the ratio of chamfer length to the characteristic length of the body. The base cases for both extremes are square and diamond shaped cylinders in which square can be regarded as the body with zero chamfer ratio and diamond shaped as a body with 0.5 chamfer ratio. Six cases between these two baseline cases are considered for this study. Commercial finite volume code ANSYS Fluent is deployed for the present study. Three Reynolds number 100, 500, 2100 and 10,000 were taken for thorough explanation of effect of chamfer ratio on the flow phenomena and aerodynamic forces in current study. Validation and detailed explanation of all the bodies is conducted for Re=100 (laminar regime) and Re=2100(turbulent regime). It is observed that diamond cylinder gives the highest value of the drag coefficient and chamfer ratio=0.1 gives the least value among all the cases. Thus, it can be taken as a design parameter in all the engineering potential applications and it may be regarded as best case which outperforms even in turbulent regime as if its laminar one.

국문 초록 (Abstract)

블러프 바디를 지나는 흐름은1 세기 이상 엔지니어와 과학자들에게 큰 관심의 주제였습니다. 유체 구조 상호 작용은 건설 및 다양한 항공 응용 분야의 많은 엔지니어링 응용 분야에서 잠재적으로 적용됩니다. 이 연구의 목적은 (절벽체)블러 프 바디를 통한 유동의 결과로서 유동 현상 및 공기 역학적 힘의 변화를 조사하는 것입니다. 본 연구에서 조사를 위해 취한 구조는 정사각형이며 모따기 치수가 다릅니다. 모따기 비율은 모따기 길이 대 바디의 특성 길이의 비율로 정의되었습니다. 두 극단의 기본 사례는 정사각형 및 다이아몬드 형태의 실린더로 정사각형은 모따기 비율이 0 인 바디로, 다이아몬드는 0.5 모따기 비율의 바디로 간주됩니다. 이 두 가지 기준 사례 사이의 6 가지 사례가이 연구에서 고려됩니다. 상업적인 유한 체적 코드 ANSYS Fluent가 본 연구를 위해 배치되었습니다. 현재 연구에서 유동 현상과 공기 역학적 힘에 대한 모따기 비율의 영향에 대한 철저한 설명을 위해 3 개의 레이놀즈 수 100, 500, 2100 및 10,000이 사용되었습니다. 모든 신체에 대한 검증 및 상세한 설명은 Re = 100 (라미 나 정권) 및 Re = 2100 (난류 정권)에 대해 수행됩니다. 다이아몬드 실린더는 항력 계수의 최고 값을 제공하고 모따기 비율 = 0.1은 모든 경우 중에서 가장 작은 값을 제공하는 것으로 관찰됩니다. 따라서 모든 공학적 응용 분야에서 설계 매개 변수로 간주 할 수 있으며 난류 영역에서도 마치 층류처럼 성능을 능가하는 최상의 경우로 간주 될 수 있습니다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 1.1. Flow past a circular cylinder 2
• 1.2. Flow over a square cylinder 4
• 1.3. Drag Reduction Studies in Literature 5
• 2. Computational Methodology 9
• 2.1. Physical details 9
• 2.2. Numerical Details 10
• 2.3. Mathematical details 11
• 2.3.1 Laminar Modelling 11
• 2.3.2 Turbulence Modelling 12
• 2.4. Meshing Details 13
• 3. Validation 15
• 3.1. Grid Independence Study 17
• 3.2. Time Independence Study 19
• 4. Results and Discussion 20
• 4.1. Instantaneous Z-vorticity and Streamlines 22
• 4.2. Time Averaged Streamlines 24
• 4.3. Time Mean Pressure Coefficient 27
• 4.4. Comparison of average drag with square cylinder 30
• 5. Conclusion 32
• REFERENCES 33
• Abstract 38
• 초 록 39