Theoretical and numerical investigation of low Reynolds number flow around an accelerating cylinder placed in a uniform stream  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
76085
Type K
Principal investigator Baranyi, László
Title in Hungarian Párhuzamos áramlásba helyezett gyorsuló mozgást végző körhenger körüli kis Reynolds számú áramlások elméleti és numerikus vizsgálata
Title in English Theoretical and numerical investigation of low Reynolds number flow around an accelerating cylinder placed in a uniform stream
Keywords in Hungarian körhenger, kis Reynolds szám, Navier-Stokes egyenletek, véges differenciák módszere, rezgő henger, ellipszis pálya, szinkronizálódás, örvényszerkezet változás, Floquet-féle stabilitás vizsgálat
Keywords in English circular cylinder, low Reynolds number, Navier-Stokes equations, finite difference method, cylinder oscillation, orbital path, vortex structure, Floquet stability analysis
Discipline
Flow and Thermal Technology (Council of Physical Sciences)90 %
Ortelius classification: Thermal engineering
Technical Mechanics (Council of Physical Sciences)10 %
Ortelius classification: Aerodynamics
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Energetikai és Vegyipari Gépészeti Intézet (University of Miskolc)
Participants Bolló, Betti
Starting date 2009-01-01
Closing date 2013-12-31
Funding (in million HUF) 14.409
FTE (full time equivalent) 3.80
state closed project
Summary in Hungarian
Ez az alapkutatási projekt a mozgó körhenger (amely vagy az áramlás irányában, vagy arra merőlegesen végez rezgőmozgást, vagy ellipszis pályán mozog) körüli áramlást vizsgálja különböző szempontból. Kis Reynolds számoknál az áramlás paramétereinek bizonyos értékeinél a hengerről leváló örvények szerkezete ugrásszerűen változik meg, valószínűleg a fellépő bifurkáció miatt. A projekt fő célkitűzése az áramlás és az örvényszerkezet tulajdonságainak vizsgálata, valamint az áramlás paramétereinek (Reynolds szám, rezgési frekvencia, rezgési amplitúdók, kezdeti feltétel) áramlásra gyakorolt hatásainak tisztázása. Vizsgálni kívánjuk a henger és az áramló folyadék közötti energia-átadást, valamint stabilitás analízis segítségével megkíséreljük kideríteni az örvény szerkezetekben fellépő hirtelen ugrások okát is.

Várható eredmények: a henger mögötti örvényleválásos áramlás jellemzőinek megismerése; az instabilitáshoz vezető pozitív energia-átadási tartományok feltérképezése; a fellépő bifurkáció típusának meghatározása; kutatási és publikációs lehetőség biztosítása fiatal kutatók részére; a mester szakos hallgatók részére az oktatási anyag kibővítése.
Summary
This fundamental research project focuses upon the numerical computation of various aspects of flow around a circular cylinder in motion – oscillating transverse to the flow, in-line with it, or following an orbital path. At low Reynolds numbers, the structure of the vortices shedding from the cylinder change abruptly at some parameter values of the flow, probably attributable to bifurcation. The main objective of this project is to investigate the characteristics of the flow and the vortex structure, as well as the effect of parameters (Reynolds number, oscillation frequency, oscillation amplitudes, initial condition) on flow behaviour. Also investigated will be energy transfer between the cylinder and the flow. A stability analysis will be carried in order to clarify the cause of the abrupt changes in vortex structures.

Expected results: clarification of vortex dynamics in the cylinder wake; identifying the positive energy transfer domains that can lead to instability; determination of the type of bifurcation occurring; offering research and publication opportunities to young researchers; contributing to course offerings for Master-level students.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Amikor egy rugalmasan felfüggesztett tompa testről örvények válnak le, akkor egy periodikus erő keletkezik, amely a szerkezet rezgéséhez vezethet, különösen akkor, ha az örvényleválás frekvenciája közel esik a rendszer sajátfrekvenciájához és a csillapítás kicsi. A rezgés lehet áramlás irányú, arra merőleges vagy a kettő kombinációja. Ebben a kis Reynolds számú numerikus témájú projektben egy vagy fűtetlen vagy fűtött hengert mozgatunk mechanikusan a valóságban előforduló mozgásoknak megfelelően, és a test-folyadék kölcsönhatást vizsgáljuk az (Re Reynolds-szám, A rezgési amplitúdó(k), f rezgési frekvencia(k), kezdeti feltétel) paraméter-térben. A különböző paraméterek hatásainak szisztematikus vizsgálata során nyert néhány fontosabb eredmény: (a) keresztirányú rezgés: az (Re, A, f) háromdimenziós állapottérben van olyan tartomány, ahol a henger energiát nyer a folyadéktól, amely örvényleválás keltette rezgéshez (VIV) vezethet; (b) 8-as számjegy alakú pálya (hosszirányú rezgési frekvencia a keresztirányúnak kétszerese), ahol a 8-as felső hurkán óramutató járásával ellentétes irányú a mozgás: fellép a VIV eset lehetősége és nagyobb az ellenállás-tényező, mint az ellentétes irányítású mozgásnál; (c) rezgő fűtött henger: (a projekt egy tagja 2013-ban e tématerületen védte meg PhD értekezését) a henger és a folyadék közötti hőátadás egy bizonyos hosszirányú rezgési amplitúdóértékig nő, a fölött csökken.
Results in English
When vortices are shed from an elastically supported bluff body a periodic force is generated, which can lead to the vibration of the structure, especially if the vortex shedding frequency is near to the eigenfrequency of the system and the damping is small. Vibration can occur in-line or transversely to the main stream or in both directions. In this low-Reynolds-number numerical study either an unheated or a heated circular cylinder is forced to oscillate in different ways corresponding to real-life situations and the interaction between body and fluid is investigated in the relevant parameter space (Reynolds number Re, oscillation amplitude(s) A, oscillation frequencies f, initial condition). Systematic investigation of the effect of different parameters revealed some main findings: (a) for transverse oscillation in the 3D parameter space of (Re, A, f) a domain exists where energy is added to the cylinder from the fluid, which may lead to vortex-induced vibration (VIV); (b) for a figure-8 path (frequency of oscillation in the in-line direction is double that of the transverse direction) with anticlockwise orbit on the upper loop of figure 8, a potential VIV situation might arise and a larger drag coefficient exists compared to the case of opposite orientation; (c) for an oscillated heated cylinder (a project member defended her PhD thesis in this area in 2013), the heat transfer between cylinder and fluid decreases beyond a certain in-line oscillation amplitude value.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=76085
Decision
Yes





 

List of publications

  
Baranyi, L., Daróczy, L.: Effect of oscillation amplitude on force coefficients of a cylinder oscillated in transverse or in-line directions, Conference on Modelling Fluid Flow, Budapest, 2009, Vol. 1, pp. 323-330., 2009
Baranyi, L.: Sudden and gradual alteration of amplitude during the computation for flow around a cylinder oscillating in transverse or in-line direction, ASME 2009 Pressure Vessels and Piping Conference, Symposium on Flow-Induced Vibration. Prague, (2009), on CD ROM, pp. 1-10, Paper No. PVP2009-77463, ISBN 978-0-7918-3854-, 2009
Baranyi, L.: Triggering of vortex shedding by cylinder oscillation for Reynolds numbers under 47, ASME 2009 Pressure Vessels and Piping Conference, Symposium on Flow-Induced Vibration. Prague, (2009), on CD ROM, pp. 1-10, Paper No. PVP2009-77463, ISBN 978-0-7918-3854-, 2009
Baranyi, L., Szabó, S., Bolló, B., Bordás, R.: Analysis of low Reynolds number flow around a heated circular cylinder, Journal of Mechanical Science and Technology 23(7) (2009), 1829-1834., 2009
Baranyi, L.: Vortex shedding triggering by cylinder oscillation for very low Reynolds numbers, Institut für Strömungstechnik und Thermodynamics. University of Magdeburg. October 20, 2009. Előadás, 2009
Baranyi, L., Huynh, K. and Mureithi, N.W.: Dynamics of flow behind a cylinder oscillating in-line for low Reynolds numbers, Proc. FEDSM2010-ICNMM2010 ASME Conference, Montreal, Québec, Canada, (2010), on CD ROM, pp. 1-7, Paper No. FEDSM-ICNMM2010-31183, 2010
Baranyi, L.: Numerical simulation of the flow around a circular cylinder following a figure-8-like path, Proc. FEDSM2010-ICNMM2010 ASME Conference, Montreal, Québec, Canada, (2010), on CD ROM, pp. 1-7, Paper No. FEDSM-ICNMM2010-30888, 2010
Baranyi, L.: Effect of in-line or transverse cylinder oscillations on laminar flow – a numerical study, Proc. IUTAM Symposium on Bluff Body Wakes and Vortex-Induced Vibrations (Eds. T. Leweke and C.H.K. Williamson), Capri Island, Italy (2010), pp. 333-336., 2010
Bolló, B.: Grid independence study for flow around a stationary circular cylinder, MicroCAD 2010, International Computer Science Conference, Miskolc, Hungary, Section F, pp.1-6., 2010
Bolló, B., Baranyi, L.: Computation of low-Reynolds number flow around a stationary circular cylinder, Proc. of the 7th Conference on Mechanical Engineering, Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Mechanical Engineering, Budapest (2010), pp. 891-896., 2010
Bolló, B.: Heating effects on unsteady laminar flow past a circular cylinder, Proc. 16th ”Building Services, Mechanical and Building Industry Days” International Conference, Debrecen, Hungary, (2010), pp. 102-109., 2010
Bolló, B.: Low Reynolds number flow around and heat transfer from a heated circular cylinder, International Review of Applied Sciences and Engineering 1(1-2), 15-20., 2010
Baranyi, L.: Simulation of low-Reynolds number flow around a circular cylinder following a slender elliptical path, Proc. ASME 2013 Pressure Vessels and Piping Division Conference PVP2013, Paris, pp. 1-10, Paper No. PVP2013-97888, 2013
Bolló, B., Baranyi, L.: Computation of low-Reynolds number flow around an oscillated circular cylinder, Proc. 25th MicroCAD, International Scientific Conference, Miskolc, Hungary, Section D, pp.19-24., 2011
Baranyi, L., Bolló, B., Daróczy, L.: Simulation of low-Reynolds number flow around an oscillated cylinder using two computational methods, Proc. ASME 2011 Pressure Vessels and Piping Division Conference PVP2011, Baltimore, Maryland, USA, (2011), pp. 1-9, Paper No. PVP2011-57554, 2011
Baranyi, L.: Computation of low Reynolds number flow around an oscillated cylinder following a horseshoe-shape path, ASME 2011 Pressure Vessels and Piping Division Conference PVP2011, Baltimore, Maryland, USA, (2011), pp. 1-10, Paper No. PVP2011-57471, 2011
Bolló, B., Baranyi, L.: Numerical simulation of oscillatory flow past and heat transfer from a cylinder, Proc. Recent Researches in Mechanics: 2nd International Conference on Fluid Mechanics and Heat and Mass Transfer, Corfu Island, Greece, 2011 (July 14-16), pp. 130-135., 2011
Bolló, B., Baranyi, L.:: Flow around an oscillating or orbiting cylinder – Comparative numerical investigation, Proc. 11th Hungarian Conference on Theoretical and Applied Mechanics, HCTAM, 2011, August 29-31, 2011, Miskolc, Hungary, pp. 1-7, On CD ROM, Paper Number: 84, 2011
Baranyi, L.: Low-Reynolds number flow around a cylinder following a figure-8 path - effect of direction of orbit, Proc. IUTAM Symposium on Bluff Body Flows (Eds. S. Mittal and G. Biswas), Kanpur, India, (2011), pp. 21-24., 2011
Baranyi, L. and Daróczy, L.: Floquet stability analysis of the wake flow of a circular cylinder of a low-Reynolds number flow, Proc. 26th MicroCAD International Scientific Conference, Miskolc, Hungary, Section N, pp. 1-6, Paper Number: N5, 2012
Bolló, B., Janiga, G., and Baranyi, L.: Three-dimensional computations for low-Reynolds number flows past a cylinder, Proc. 26th MicroCAD International Scientific Conference, Miskolc, Hungary, Section N, pp. 1-6, Paper Number: N6, 2012
Daróczy, L., and Baranyi, L.: Euler and second-order Runge-Kutta methods for computation of flow around a cylinder, Proc. 26th MicroCAD International Scientific Conference, Miskolc, Hungary, Section N, pp. 1-6, Paper Number: N10, 2012
Baranyi, L.: Computation of flow around a circular cylinder undergoing two-degree-of-freedom forced motion at low Reynolds numbers, 10th International Conference on Flow-Induced Vibration, Meskell & Bennett (eds), Dublin, pp. 361-368., 2012
Bolló B., Janiga G., Baranyi L.: Homogén folyadékáramlásba helyezett rezgő körhenger körüli áramlás vizsgálata, Műszaki Tudomány az Észak-Kelet Magyarországi Régióban 2012, Elektronikus Műszaki Füzetek 2012(11), 483-489. o., 2012
Bolló, B. and Baranyi, L.: Heat and energy transfer from a cylinder in an oscillatory low-Reynolds number flow, Conference on Modelling Fluid Flow, Vad (ed), Vol. 1, Budapest, pp. 261-268., 2012
Mureithi, N., Baranyi, L. and Huyhn, K.: Dynamics of reduced order models of the forced Karman cylinder wake, Conference on Modelling Fluid Flow, Vad (ed), Vol. II, Budapest, pp. 1004-1011., 2012
Baranyi, L. and Daróczy, L.: Numerical investigation of mechanical energy transfer between the fluid and the cylinder oscillating transverse to the main stream, Conference on Modelling Fluid Flow, Vad (ed), Vol. 1, Budapest, pp. 269-276., 2012
Baranyi, L.: Kezdeti feltétel hatása rezgő henger körüli áramlásra, Gép, 2012/9, 7-12., 2012
Baranyi L., Daróczy L.: Áramlási paraméterek hatása rezgő henger és folyadék közti energiaátadásra, Gép, 2012/9, 13-16., 2012
Daróczy L., Baranyi L.: Első- és másodrendű időbeli diszkretizáció körhenger körüli áramlás esetén, Gép, 2012/9, 17-20., 2012
Baranyi, L.: Simulation of a low-Reynolds number flow around a cylinder following a figure-8-path, International Review of Applied Sciences and Engineering 3(2), 133-146, 2012
Bolló B.: Hosszirányban rezgő folyadékba helyezett fűtött körhenger körüli áramlás vizsgálata, Gép, 2012/9, 25-28, 2012
Bolló B.: Fűtött körhenger körüli áramlás vizsgálata, Gép, 2012/1, 31-34, 2012
Baranyi, L.: Effect of initial conditionon the flow past a moving cylinder, Presentation at the 8th Euromech Fluid Mechanics Conference, Bad Reichenhall, Germany, September 14, 2010, 2010
Baranyi L.: Rezgő henger körüli áramlás numerikus szimulációja, XXI. Nemzetközi Gépészeti Találkozó – OGÉT 2013 Kiadványa, Arad, Romania, 40-43. o., ISSN 2068-1267, 2013
Baranyi, L., Daróczy, L.: Mechanical energy transfer and flow parameter effects for a cylinder in transverse oscillation, International Journal of Heat and Fluid Flow 43, 251-258., 2013
Baranyi, L.: Numerical simulation of mechanical energy transfer between fluid and a circular cylinder forced to follow an elliptical path, Proc. FLUCOME 2013, 12th International Symposium on Fluid Control, Measurement and Visualization, Nara, Japan, 2013, pp. 1-10. Paper No. OS16-03-3, 2013
Bolló Betti: Fűtött körhenger körüli áramlás és hőátvitel numerikus vizsgálata, PhD disszertáció, Miskolci Egyetem, Gépészmérnöki és Informatikai Kar, Sályi István Gépészeti Tudományok Doktori Iskola, 2013



Back »