بررسی تجربی جریان پشت سیلندر مربعی سه بعدی با استفاده از کاوشگر پنج حفره و شبکه عصبی

فتحی, سعید; دهقان, علی اکبر; دهقان منشادی, مجتبی; موحدی, علیرضا

doi:10.22060/mej.2016.722

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

تعداد نشریات	4
تعداد شماره‌ها	157
تعداد مقالات	1,845
تعداد مشاهده مقاله	1,002,479
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	779,911

بررسی تجربی جریان پشت سیلندر مربعی سه بعدی با استفاده از کاوشگر پنج حفره و شبکه عصبی

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

مقاله 7، دوره 49، شماره 1، بهار 1396، صفحه 67-82 اصل مقاله (4690 K)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2016.722

نویسندگان

سعید فتحی¹؛ علی اکبر دهقان

¹؛ مجتبی دهقان منشادی²؛ علیرضا موحدی¹

¹دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران

²مجتمع دانشگاهی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

چکیده

در این مطالعه، ساختار جریان پشت سیلندر مربعی سه بعدی به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت استخراج مشخصات فیزیکی ساختار جریان در عدد رینولدز 104 از یک کاوشگر پنج حفره استفاده شده و توزیع سرعت متوسط، فشار کل، فشار استاتیک، خطوط جریان و ورتیسیته ارائه شده‌اند. برای کالیبراسیون کاوشگر پنج حفره به جای استفاده از روش‌های مرسوم کالیبراسیون، سیستم‌های شبکه عصبی و به طور مشخص تابع اساسی شعاعی به کار گرفته شده‌اند. با معرفی تعدادی از معیار‌های آماری و با مقایسه روش مطالعه حاضر با روش درون‌یابی خطی و روش انطباق منحنی چند جمله‌ای از مرتبه پنج، مشخص گردید تابع اساسی شعاعی دارای دقت مناسب و خطای کم‌تری در کالیبراسیون کاوشگر پنج حفره است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که گردابه‌های نوک و پایه سیلندر با افزایش فاصله از سیلندر ضعیف‌تر می‌گردند. افزایش اندازه ناحیه دنباله در صفحات عرضی در نزدیکی انتهای آزاد سیلندر کمترین مقدار خود و در قسمت میانی بیشترین مقدار خود را داراست. هم‌چنین به اثر تغییر شکل انتهای آزاد سیلندر مربعی بر میدان فشار کل پشت سیلندر و بردار‌های سرعت در صفحات مختلف پرداخته شده‌است. ملاحظه شده است که در سیلندر مربعی با انتهای آزاد نیم‌بیضوی، ارتفاع و پهنای ناحیه دنباله به طور قابل توجهی نسبت به سیلندر سه بعدی با انتهای تخت کاهش می‌یابد. نتایج به خوبی اثر لایه برشی جدا شده از انتهای آزاد سیلندر را بر مشخصات فیزیکی جریان نشان می‌دهند.

کلیدواژه ها

سیلندر؛ کاوشگر پنج حفره؛ گردابه؛ شبکه عصبی؛ انتهای آزاد

عنوان مقاله [English]

Experimental investigation of flow around 3D square cylinder using five-hole probe and neural network

نویسندگان [English]

S. Fathi, A. A. Dehghan, M. Dehghan Manshadi, A. Movahedi

چکیده [English]

In the present study, wake structure downstream a 3D square cylinder is experimentally investigated. The contours of mean velocity, total pressure, static pressure and vorticity are presented for the wake region. Five-hole probe is used for extracting the required wake properties and determining the flow structure. A novel neural network method is used for calibrating the five hole prob. The calibration map obtained by this method is compared with the conventional linear and 5th order polynomial surface fit algorithms. Based on the statistical parameters of calibration data, it is shown the neural network algorithm is more accurate and works faster than the other methods. Experimental results showed that with increasing the distance from the cylinder, tip and base vortices are weakened, the height of wake region decreases while its width increases simultaneously. The effects of free end shear layer on the flow structure are clarified in the results. Downwash flow from free end of cylinder and upwash flow from the bottom wall decrease the width of the wake region near top and bottom of cylinder in comparison with the mid-height region. The effect of free end shape of a finite square cylinder is also investigated. The shear layer separated from the free end plays an important role.

کلیدواژه ها [English]

Square cylinder, Five-hole probe, neural network, Vortex, free end

مراجع

[1] Uffinger, T., I. Ali and S. Becker, “Experimental and numerical investigations of the flow around three different wall-mounted cylinder geometries of finite length”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 119 (2013): 13-27.

[2] Wang, H. F. and Y. Zhou, “The finite-length square cylinder near wake”, Journal of Fluid Mechanics, 638(2009): 453-490.

[3] Wang, H. F., Y. Zhou, C. K. Chan and K. S. Lam, “Effect of initial conditions on interaction between a boundary layer and a wall-mounted finite-length-cylinder wake”,Physics of Fluids, 18.6 (2006): 065106.

[4] Sattari, P., J. A. Bourgeois and R. J. Martinuzzi, “On the vortex dynamics in the wake of a finite surface-mounted square cylinder”, Experiments in Fluids, 52.5 (2011):1149-1167.

[5] Sheridan, J W., J. Welsh, M. C. Hourigan and M.Thompson, “Longitudinal vortex structures in a cylinder wake”, 1994: 2883-2885.

[6] Pattenden, R. J., S. R. Turnock and X. Zhang, “Measurements of the flow over a low-aspect-ratio cylinder mounted on a ground plane”, Experiments in Fluids, 39.1 (2005): 10-21.

[7] Iungo, G. V., L. M. Pii and G. Buresti, “Experimental investigation on the aerodynamic loads and wake flow features of a low aspect-ratio circular cylinder”, Journal of Fluids and Structures, 28 (2012): 279-291.

[8] Shiki akamoto, Y. S., “Vortex Shedding From a Circular Cylinder of Finite Length Placed on a Ground Plane”, Journal of Fluids Engineering, (1992): 512-521.

[9] Sumner, D. and J. L. Heseltine, “O. Dansereau, Wake structure of a finite circular cylinder of small aspect ratio”, Experiments in Fluids, 37.5 (2004): 720-730.

[10] Sumner, D. and J. Heseltine, “Tip vortex structure for a circular cylinder with a free end”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 96.6-7(2008): 1185-1196.

[11] Roh, S. and S. Park, “Vortical flow over the free end surface of a finite circular cylinder mounted on a flat plate”, Experiments in Fluids, 34.1 (2003): 63-67.

[12] Adaramola, M. S., O. G. Akinlade, D. Sumner, D. J.Bergstrom and A. J. Schenstead, “Turbulent wake of a finite circular cylinder of small aspect ratio”, Journal of Fluids and Structures, 22.6-7 (2006): 919-928.

[13] Sumner, D., “Two circular cylinders in cross-flow”, A review, Journal of Fluids and Structures, 26.6 (2010):849-899.

[14] Park, C. W., S. J. Lee, “Free end effects on the near wake flow structure behind a finite circular cylinder”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 88.2–3 (2000): 231-246.

[15] Krajnovic, S., “Flow around a tall finite cylinder explored by large eddy simulation”, J.Fluid Mech, (2011): 294-317.

[16] Movahedi, A., A. Sohankar and M. Dehghan Manshadi,“Experimental investigation of turbulent flow around a 3d square cylinder with wall effect”, Sharif Mechanical Engineering Journal, 30-3.1 (2014): 65-77.

[17] Wang, J. J., G. H Sheng and N. Li, “Drag reduction of square cylinders with cut-corners at the front edges”, Exp Fluids, 2014.

[18] Javadi, K., “On the Turbulent Flow Structures over a Short Finite Cylinder Numerical Investigation”. Proceedings of the International Conference on Heat Transfer and Fluid Flow, 2014.

[19] Park, C.W., S.J Lee, “Effects of free-end corner shape on flow structure around a finite cylinder”, Journal of Fluids and Structures, (2004): 141-158.

[20] Farell, C., S. Carrasquel, O. Guven and X. Patel, “Effect of wind tunnel walls on the flow past circular cylinder and cooling tower models”, J. Fluids Eng., 1977.

[21] Moody, J. and J. Darke, “Fastlearning in networks of locally-tuned processing units”. Neural Computation, 1, 281-294, (1989): 281-294.

[22] Lowe, D. and D. Broomhead, “Multivariable functional interpolation and adaptive networks”, Complex Syst. 2 (1988): 321-355.

[23] Dayhoff, J. E., “Neural Network Architectures: an Introduction”. Van Nostrand Reinhold, 1990.

[24] Huang, S. H. and C. Hong, “Artificial neural networks in manufacturing: concepts, applications, and perspectives”, IEEE Trans. Compon. Packag. Manuf. Technol. Part A 17 (1994): 212-228.

[25] Kawai, H. and Y. Ohashi, “Three Dimensional Structures behind a Square Prism”. The Seventh Asia- Pacific Conference on Wind Engineering, November 8-12, 2009, Taipei, Taiwan.

[26] H. F. Wang, Y. Chan, W. Wong, K. Lam, “Flow Structure Around A Finite-Length Square Prism”, 15th Australasian Fluid Mechanics Conference. The University of Sydney, Sydney, Australia 13-17 December, 2004.

[27] Shuji Tanaka, S. M., “An investigation of the wake structure and aerodynamic characteristic of a finite circular cylinder”, (1999): 178-187.

[28] Fox, R. W., A. T. McDonald’s, “introduction to fluid mechanics, analysis of experimental uncertainty”, fluid mechanics, Eight edition, (2011): 829-836.

آمار

تعداد مشاهده مقاله: 457

تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 377

Journal Management System. Designed by sinaweb.