Numerical simulations are conducted to investigate the uniform flow (UF) and sinusoidal streamwise flow (SSF) over an oscillating 5:1 rectangular cylinder with harmonic heaving motion at initial angles of attack of α = 0° and 3° using two-dimensional, unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations. First, the aerodynamic parameters of a stationary 5:1 rectangular cylinder in UF are compared with the previous experimental and numerical data to validate the capability of the computationally efficient two-dimensional URANS simulations. Then, the unsteady flow field and aerodynamic forces of the oscillating 5:1 rectangular cylinder in SSF are analysed and compared with those in UF to explore the effect of SSF on the rectangular cylinder. Results show that the alternative vortex shedding is disturbed by SSF both at α = 0° and 3°, resulting in a considerable decrease in the vortex-induced force, whereas the unsteady lift component induced by cylinder motion remains almost unchanged in the SSF comparing with that in UF. Notably, the strong buffeting forces are observed at α = 3° and the energy associated with unsteady lift is primarily because of the oscillations of SSF. In addition, the components of unsteady lift induced by the coupling effects of SSF and cylinder motion are discussed in detail.
In this paper, the fluctuating lift and drag forces on 5:1 rectangular cylinders with two different geometric scales in three turbulent flow-fields are investigated. The study is particularly focused on understanding the influence of the ratio of turbulence integral length scale to structure characteristic dimension (the length scale ratio). The results show that both fluctuating lift and drag forces are influenced by the length scale ratio. For the model with the larger length scale ratio, the corresponding fluctuating force coefficient is larger, while the spanwise correlation is weaker. However, the degree of influence of the length scale ratio on the two fluctuating forces are different. Compared to the fluctuating drag, the fluctuating lift is more sensitive to the variation of the length scale ratio. It is also found through spectral analysis that for the fluctuating lift, the change of length scale ratio mainly leads to the variation in the low frequency part of the loading, while the fluctuating drag generally follows the quasi-steady theory in the low frequency, and the slope of the drag spectrum at high frequencies changes with the length scale ratio. Then based on the experimental data, two empirical formulas considering the influence of length scale ratio are proposed for determining the lift and drag aerodynamic admittances of a 5:1 rectangular cylinder. Furthermore, a simple relationship is established to correlate the turbulence parameter with the fluctuating force coefficient, which could be used to predict the fluctuating force on a 5:1 rectangular cylinder under different parameter conditions.
Large Eddy Simulations (LES) were carried out to investigate the aerodynamic characteristics of a rectangular cylinder with side ratio B/D=5 at Reynolds number Re=22,000 (based on cylinder thickness). Particular attention was devoted to the effects of velocity shear in the oncoming flow. Time-averaged and unsteady flow patterns around the cylinder were studied to enhance understanding of the effects of velocity shear. The simulation results showed that the Strouhal number has no significant variation with oncoming velocity shear, while the peak fluctuation frequency of the drag coefficient becomes identical to that of the lift coefficient with increase in velocity shear. The intermittently-reattached flow that features the aerodynamics of the 5:1 rectangular cylinder in non-shear flow becomes more stably reattached on the high-velocity side, and more stably separated on the low-velocity side. Both the mean and fluctuating drag coefficients increase slightly with increase in velocity shear. The mean and fluctuating lift and moment coefficients increase almost linearly with velocity shear. Lift force acts from the high-velocity side to the low-velocity side, which is similar to that of a circular cylinder but opposite to that of a square cylinder under the same oncoming shear flow.
This paper presents a study on amplitude-dependent self-excited aerodynamic forces of a 5:1 rectangular cylinder through free vibration wind tunnel test. The sectional model was spring-supported in a single degree of freedom (SDOF) in torsion, and it is found that the amplitude of the free vibration cylinder model was not divergent in the post-flutter stage and was instead of various stable amplitudes varying with the wind speed. The amplitude-dependent aerodynamic damping is determined using Hilbert Transform of response time histories at different wind speeds in a smooth flow. An approach is proposed to extract aerodynamic derivatives as nonlinear functions of the amplitude of torsional motion at various reduced wind speeds. The results show that the magnitude of A2*, which is related to the negative aerodynamic damping, increases with increasing wind speed but decreases with vibration amplitude, and the magnitude of A3* also increases with increasing wind speed but keeps stable with the changing amplitude. The amplitude-dependent aerodynamic derivatives derived from the tests can also be used to estimate the post-flutter response of 5:1 rectangular cylinders with different dynamic parameters via traditional flutter analysis.
This work comes within the framework of the "Benchmark on the Aerodynamics of a Rectangular Cylinder" that investigates a rectangular cylinder of length-to-depth ratio equal to 5. The present study reports and discusses velocity fields acquired using planar Particle Image Velocitmetry for several angles of attack and Reynolds numbers. In particular, for a cylinder depth-based Reynolds number of 2 × 104 and zero incidence angle, the flow features along the lateral (parallel to the freestream) upper and lower surfaces of the cylinder are reported. Using first and second order statistics of the velocity field, the main flow features are discussed, especially the size and location of the time-averaged flow structures and the distribution of the Reynolds stresses. The variation of the flow features with the incidence is also studied considering angles of attack up to 6°. It is shown that the time-averaged flow is fully detached for incidence higher than 2°. For an angle of attack of 0°, the effects of the Reynolds number varying between 5 × 103 and 2 × 104 are investigated looking at flow statistics. It is shown that the time-averaged location of the reattachment point and the shape and position of the time-averaged main vortex are mostly constant with the Reynolds number. However, the size of the inner region located below the time-averaged shear layer and just downstream the leading edge corner appears to be strongly dependent on the Reynolds number.
Sharma, Swati;Maiti, Dilip K.;Alam, Md. Mahbub;Sharma, Bhupendra K.
Wind and Structures
/
v.29
no.1
/
pp.65-75
/
2019
A heated square cylinder (with height $A^*$) is kept parallel to the cold wall at a fixed gap height $0.5A^*$ from the wall. Another adiabatic rectangular cylinder (of same height $A^*$ and width $0.5A^*$) is placed upstream in an inline tandem arrangement. The spacing between the two cylinders is fixed at $3.0A^*$. The inlet flow is taken as Couette-Poiseuille flow based non-linear velocity profile. The conventional fluid (also known as base fluid) is chosen as water (W) whereas the nanoparticle material is selected as $Al_2O_3$. Numerical simulations are performed by using SIMPLE algorithm based Finite Volume approach with staggered grid arrangement. The dependencies of hydrodynamic and heat transfer characteristics of the cylinder on non-dimensional parameters governing the nanofluids and the fluid flow are explored here. A critical discussion is made on the mechanism of improvement/reduction (due to the presence of the upstream cylinder) of heat transfer and drag coefficient, in comparison to those of an isolated cylinder. It is observed that the heat transfer increases with the increase in the non-linearity in the incident velocity profile at the inlet. For the present range studied, particle concentration has a negligible effect on heat transfer.
This study performed numerical simulation to elucidate the characteristics of flow past a rectangular cylinder with various values of the aspect ratio(AR) of the cylinder. We calculated the flow field, force coefficients and Strouhal number of vortex shedding depending on the Reynolds number(Re) and the aspect ratio. The $AR{\approx}1$ is preferred for drag reduction, and 0.375$AR{\approx}0$ is recommended if suppression of the lift-coefficient fluctuation and the shedding frequency is desirable. Furthermore the criticality of the Hopf bifurcation is also reported for each AR.
Large Eddy Simulation (LES) is used to explore the influence of vibration frequency and amplitude on the aerodynamic performance of a rectangular cylinder with an aspect ratio of B/D=5 (B: breadth; D: depth of cylinder) at a Reynolds number of 22,000 near resonance frequency. In smooth flow conditions, the research employs a sequence of three-dimensional simulations under forced vibration with diverse frequency ratios fe / fo = 0.8-1.2 (fe : oscillation frequency; fo : Strouhal frequency when the rectangular cylinder is stationary ) and oscillation amplitudes Ah/D = 0.05 - 0.3. The individual influences of fe / fo and Ah/D on the characteristics of integrated and distributed aerodynamic forces are the focal points of discussion. For the integrated aerodynamic force, particular emphasis is placed on the analysis of the dependence of velocity-proportional component C1 and displacement-proportional component C2 of unsteady aerodynamic force on amplitude and frequency ratio. Near the resonance frequency, the dependencies of C1 and C2 on amplitude are stronger than that of frequency ratio. For the distributed aerodynamic force, the increase in frequency and amplitude promotes the position of the main vortex core and reattachment to the leading edge in the streamwise direction. In the spanwise direction, vibration enhances the spanwise correlation of aerodynamic force to weaken the three-dimensional effect of the flow field, and a lower frequency ratio and larger amplitude amplify this effect.
A numerical study is conducted on the flow characteristics of a rectangular cylinder (chord-to-width ratio C/W = 2 - 10) mounted close to a rigid wall at gap-to-width ratios G/W = 0.25 - 6.25. The effects of G/W and C/W on the Strouhal number, vortex structure, and time-mean drag and lift forces are examined. The results reveal that both G/W and C/W have strong influences on vortex structure, which significantly affects the forces on the cylinder. An increase in G/W leads to four different flow regimes, namely no vortex street flow (G/W < 0.75), single-row vortex street flow ($0.75{\leq}G/W{\leq}1.25$), inverted two-row vortex street flow ($1.25<G/W{\leq}2.5$), and two-row vortex street flow (G/W > 2.5). Both Strouhal number and time-mean drag are more sensitive to C/W than to G/W. For a given G/W, Strouhal number grows with C/W while time-mean drag decays with C/W, the growth and decay being large between C/W = 2 and 4. The time-mean drag is largest in the single-row vortex street regime, contributed by a large pressure on the front surface, regardless of C/W. A higher C/W, in general, leads to a higher time-mean lift. The maximum time-mean lift occurs for C/W = 10 at G/W = 0.75, while the minimum time-mean lift appears for C/W = 2 at the same G/W. The impact of C/W on the time-mean lift is more substantial in single-row vortex regime. The effect of G/W on the time-mean lift is larger at a larger C/W.
Xu, Mao;Patruno, Luca;Lo, Yuan-Lung;de Miranda, Stefano;Ubertini, Francesco
Wind and Structures
/
v.34
no.1
/
pp.1-14
/
2022
In this work the flow through a hollow porous 5:1 rectangular cylinder made of perforated plates is numerically investigated by means of 2D URANS based simulations. Two approaches are adopted to account for the porous surfaces: in the first one the pores are explicitly modeled, so providing a detailed representation of the flow. In the second one, the porous surfaces are modeled by means of pressure jumps, which allow to take into account the presence of pores without reproducing the flow details. Results obtained by using the two aforementioned techniques are compared aiming at evaluating differences and similarities, as well as identifying the main flow features which might cause discrepancies. Results show that, even in the case of pores remarkably smaller than the immersed body, their arrangement can lead to local mechanisms able to affect the global flow arrangement, so limiting the accuracy of pressure jumps based simulations. Despite that, time-averaged fields often show a reasonable agreement between the two approaches.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.