Published October 1, 2021 | Version v1
Publication Open

A Numerical Investigation of Turbulent Flow Over Single and Tandem Square Cylinders

Creators

  • 1. NED University of Engineering and Technology
  • 2. Institut Teknologi Brunei
  • 3. Hamdard University

Description

This paper presents the three-dimensional flow investigations over the square cylinders placed in the tandem arrangement. Two different flow configurations were investigated in detail; one comprising of a single square cylinder and the other comprising of three square cylinders placed in a tandem arrangement with the spacing of six times the width (w) of each square cylinder. The Reynolds number based on the width of the square cylinder (w) and free stream velocity (Uo) is 22,000. The problem was solved numerically using an Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) based model and Large Eddy Simulation (LES) based model. Strouhal Number, lift, and drag coefficients were computed for each configuration. By comparing both the models using contour plots of pressure, velocity and vorticity it is found that the LES model is more accurate to capture the turbulence around single and tandem square cylinders. In the tandem arrangement, complex periodic vortex shedding was observed in the wake of each square cylinder. The production of turbulent kinetic energy was also investigated to understand the roles of stresses during flow over the cylinders. The analysis showed that the production of turbulence by normal stresses is higher than that of shear stresses. Furthermore, it was observed that the flow over the first cylinder arranged in tandem is quite identical to that of the single square cylinder. Moreover, the upstream cylinder experienced a higher lift in comparison to the downstream cylinders.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعرض هذه الورقة تحقيقات التدفق ثلاثية الأبعاد على الأسطوانات المربعة الموضوعة في الترتيب الترادفي. تم فحص تكوينين مختلفين للتدفق بالتفصيل ؛ أحدهما يتكون من أسطوانة مربعة واحدة والآخر يتكون من ثلاث أسطوانات مربعة موضوعة في ترتيب ترادفي بمسافة ستة أضعاف عرض (w) كل أسطوانة مربعة. عدد رينولدز بناءً على عرض الأسطوانة المربعة (w) وسرعة التدفق الحر (Uo) هو 22000. تم حل المشكلة عدديًا باستخدام نموذج قائم على رينولدز متوسط نافيير ستوكس (URANS) ونموذج قائم على محاكاة الدوامة الكبيرة (LES). تم حساب معاملات عدد ستروهال ورفعه وسحبه لكل تكوين. من خلال مقارنة كلا النموذجين باستخدام مخططات كفاف الضغط والسرعة والدوامة، وجد أن نموذج LES أكثر دقة لالتقاط الاضطراب حول الأسطوانات المربعة المفردة والترادفية. في الترتيب الترادفي، لوحظ سفك دوامة دورية معقدة في أعقاب كل أسطوانة مربعة. كما تم التحقيق في إنتاج الطاقة الحركية المضطربة لفهم أدوار الضغوط أثناء التدفق فوق الأسطوانات. أظهر التحليل أن إنتاج الاضطراب بواسطة الإجهادات العادية أعلى من إجهادات القص. علاوة على ذلك، لوحظ أن التدفق فوق الأسطوانة الأولى المرتبة جنبًا إلى جنب مطابق تمامًا لتدفق الأسطوانة المربعة المفردة. علاوة على ذلك، شهدت الأسطوانة العلوية رفعًا أعلى مقارنة بالأسطوانات السفلية.

Translated Description (French)

Cet article présente les études d'écoulement tridimensionnel sur les cylindres carrés placés dans l'agencement en tandem. Deux configurations d'écoulement différentes ont été étudiées en détail ; l'une comprenant un seul cylindre carré et l'autre comprenant trois cylindres carrés placés en tandem avec un espacement de six fois la largeur (w) de chaque cylindre carré. Le nombre de Reynolds basé sur la largeur du cylindre carré (w) et la vitesse du courant libre (Uo) est de 22 000. Le problème a été résolu numériquement en utilisant un modèle basé sur URANS (Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes) et un modèle basé sur les les (Large Eddy Simulation). Le nombre de Strouhal, la portance et les coefficients de traînée ont été calculés pour chaque configuration. En comparant les deux modèles à l'aide de courbes de niveau de pression, de vitesse et de vorticité, on constate que le modèle LES est plus précis pour capturer la turbulence autour des cylindres carrés simples et en tandem. Dans l'arrangement en tandem, un délestage périodique complexe de tourbillons a été observé dans le sillage de chaque cylindre carré. La production d'énergie cinétique turbulente a également été étudiée pour comprendre les rôles des contraintes lors de l'écoulement sur les cylindres. L'analyse a montré que la production de turbulence par les contraintes normales est supérieure à celle des contraintes de cisaillement. En outre, il a été observé que le débit sur le premier cylindre disposé en tandem est tout à fait identique à celui du cylindre carré unique. De plus, le vérin amont a connu une portance plus élevée par rapport aux vérins aval.

Translated Description (Spanish)

Este documento presenta las investigaciones de flujo tridimensional sobre los cilindros cuadrados colocados en la disposición en tándem. Se investigaron en detalle dos configuraciones de flujo diferentes; una que comprende un solo cilindro cuadrado y la otra que comprende tres cilindros cuadrados colocados en una disposición en tándem con una separación de seis veces el ancho (w) de cada cilindro cuadrado. El número de Reynolds basado en el ancho del cilindro cuadrado (w) y la velocidad de la corriente libre (Uo) es 22.000. El problema se resolvió numéricamente utilizando un modelo basado en Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) y un modelo basado en Large Eddy Simulation (LES). Se calcularon los coeficientes de número de Strouhal, elevación y arrastre para cada configuración. Al comparar ambos modelos utilizando gráficos de contorno de presión, velocidad y vorticidad, se encuentra que el modelo LES es más preciso para capturar la turbulencia alrededor de los cilindros cuadrados individuales y en tándem. En la disposición en tándem, se observó un desprendimiento de vórtices periódicos complejos en la estela de cada cilindro cuadrado. También se investigó la producción de energía cinética turbulenta para comprender los roles de las tensiones durante el flujo sobre los cilindros. El análisis mostró que la producción de turbulencia por esfuerzos normales es mayor que la de esfuerzos cortantes. Además, se observó que el flujo sobre el primer cilindro dispuesto en tándem es bastante idéntico al del cilindro cuadrado único. Además, el cilindro aguas arriba experimentó una mayor elevación en comparación con los cilindros aguas abajo.

Files

545.pdf

Files (4.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:4f6e1f3175fd116c0ea2e0a13f4d5115
4.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحقيق رقمي في التدفق المضطرب على اسطوانات مربعة مفردة وترادفية
Translated title (French)
Une enquête numérique sur l'écoulement turbulent sur des cylindres carrés simples et en tandem
Translated title (Spanish)
Una investigación numérica del flujo turbulento sobre cilindros cuadrados individuales y en tándem

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3205832306
DOI
10.22581/muet1982.2104.04

Is supplement to
https://openalex.org/W3151408150 (Other)
https://openalex.org/W2334204789 (Other)
https://openalex.org/W2319117926 (Other)
https://openalex.org/W2221664729 (Other)
https://openalex.org/W2164464568 (Other)
https://openalex.org/W2107139748 (Other)
https://openalex.org/W2001730306 (Other)
https://openalex.org/W1679411693 (Other)
https://openalex.org/W1513159780 (Other)
https://openalex.org/W1487190704 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1479708447
  • https://openalex.org/W1971310520
  • https://openalex.org/W1974097079
  • https://openalex.org/W1983801295
  • https://openalex.org/W1994825680
  • https://openalex.org/W1997940821
  • https://openalex.org/W1998222375
  • https://openalex.org/W2003095767
  • https://openalex.org/W2013281631
  • https://openalex.org/W2017885518
  • https://openalex.org/W2022386316
  • https://openalex.org/W2027162704
  • https://openalex.org/W2027961735
  • https://openalex.org/W2038682873
  • https://openalex.org/W2051494214
  • https://openalex.org/W2062392012
  • https://openalex.org/W2065014302
  • https://openalex.org/W2066818126
  • https://openalex.org/W2070117655
  • https://openalex.org/W2073860943
  • https://openalex.org/W2074447412
  • https://openalex.org/W207456204
  • https://openalex.org/W2078573249
  • https://openalex.org/W2079744735
  • https://openalex.org/W2085623372
  • https://openalex.org/W2086625420
  • https://openalex.org/W2087330546
  • https://openalex.org/W2090212871
  • https://openalex.org/W2093726539
  • https://openalex.org/W2133558427
  • https://openalex.org/W2150439908
  • https://openalex.org/W2154322085
  • https://openalex.org/W2166216938
  • https://openalex.org/W2485909993
  • https://openalex.org/W2620557952
  • https://openalex.org/W2978353031