مدل‌سازی و حل تحلیلی مسئله مکش در لایه مرزی اطراف استوانه با مقطع بیضی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

کنترل لایه مرزی در مسائل مختلف و در کنترل و جلوگیری از جدایش جریان اطراف پایه‌ها حائز اهمیت است. از روش‌های مختلف کنترل لایة مرزی در اطراف سازه‌ها می‌توان به حرکت جدار جامد، اعمال شتاب به لایة مرزی از طریق دمش یا مکش، جلوگیری از جدایش جریان با اتخاذ شکل‌های مناسب و مکش لایة مرزی اشاره نمود. تاریخچه مطالعاتی نشان می‌دهد که حل تحلیلی مکش در لایة مرزی روی اجسامی با مقطع بیضی، تاکنون ارائه نشده است. در این تحقیق، ضمن بررسی معادلات حاکم بر جریان دوبعدی تراکم‌ناپذیر در لایه مرزی اطراف سیلندرهای بیضی و دایره‌ای شکل، به بررسی کنترل لایة مرزی با اعمال مکش از درون پایه پرداخته می‌شود. در این تحقیق روش حل تحلیلی مسئلة مکش لایة مرزی با اعمال شرایط مناسب روی مقطع بیضی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس حل حاصل به مقاطع دایره و صفحة تخت تعمیم داده شده و پاسخ‌ مربوط به صفحة تخت با نتایج محققین پیشین مقایسه شده است. همچنین بر اساس معیارهای تخمین و تطابق، مقایسه کمی بین نتایج حاصل از تحقیق حاضر و نتایج تحقیقات پیشین در چند حالت خاص مکش انجام شده ‌است. مقایسة نتایج نشان می‌دهد که حل تحلیلی ارائه شده از دقت بسیار خوبی برخوردار است. در این تحقیق همچنین توزیع سرعت‌ها در جهات متعامد و توزیع تنش برشی روی سطح تعیین و روابطی جهت محاسبه ضریب و نیروی درگ ارائه گردیده است. همچنین معادلاتی برای تابع جریان نیز استخراج شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analytical approach for boundary layer control around elliptical cylinders by suction

نویسندگان [English]

  • Abdorreza Kabiri-Samani 1
  • Mohammad-Hossein Golmohammadi 2
1 Associate Prof., Civil Eng. Dept., Isfahan University of Technology
2 PhD Candidate, Civil Eng. Dept., Isfahan University of Technology
چکیده [English]

Control of boundary layer is a common problem in river engineering to reduce the scouring around bridge piers. There are different approaches for controlling the boundary layer such as: motion of the solid wall, accelerating flow by blowing and suction, elimination of flow separation using streamlined profiles and continuous suction. There is not any information about the solution of boundary layer equations coupled with continuous suction around elliptical sections. The present work is to study the laminar boundary layer developed by 2-D incompressible flow around circular and elliptical sections. The boundary layer equations and its control using continuous suction are surveyed analytically. Compariosion between the present results and those of other investigations indicates that the present analytical model is a good tool to predict the velocity profiles around an elliptical cylinder. The velocity and shear stress distribution, the boundary layer thickness, drag force and the friction coefficient distribution are determined and presented with and without control. The control procedure presented here could be applied for different speeds of flow suction.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Boundary layer control
  • Suction
  • Analytical modeling
  • Laminar
  • Elliptical section

مراجع

[1] Schlichting, H., “Boundary Layer Theory”, 8th ed.,McGraw–Hill, NewYork, 1979.
[2] Brodetsky, S. “Discontinuous fluid motion past circular and elliptic cylinders”, Proc. Roy. Soc., A.102, 542, 1923.
[3] Forenberg, B., “a Numerical Study of Steady Viscous Flow Past a Cir-cular Cylinder”, J. Fluid Mechan-ic,
vol. 98, par l4, pp. 819-855, 1980.
[4] Behr, M., Hastreiter, D., Mittal, M. and Tezduyar,T.E., “Incom-pressible Flow Past a Circular Cylinder Dependence of the Com-puted Flow Field on the Location of the Lateral Boundaries”, Com-puter Methods in Applied Me-chanics and Engineering, No.316, pp.123 309, 1995.
[5] Leea, S.J., Leea, S.I. and Parkb, C.W., “Reducing the Drag on a Circular Cylinder by Upstream Installation of a Small Control Rod”, Fluid Dynamics Research,No.34, pp.233–250, 2004.
[6] Jain, A. C., “On Boundary Layer Control by Continuous Suction”, Proc. nat. Inst. Sci. India26, A,No. 3, 1960.
[7] Pohlhausen, K., “Zur N¨aherungsweise Integration der Differential Gleichung der Laminaren Reibungschicht” Zeitschrift für angewandte Mathematic und Mechanic,Vol. 1, pp. 252-268, 1921.
[8] Nahoui, A., Kabouche, N., Bahi, L., “Control of the Laminar Boundary Layer around a Profile by Suction”, Adv. Theor. Appl. Mech., Vol. 1, No. 3, 187-198, 2008.
[9] Khan, W. A., “Modeling of Fluid Flow and Heat Transfer for Opti-mization of Pin-Fin Heat Skins”,Ph.D. thesis, Department of Me-chanical Engineering,University of Waterloo, Canada, 2004.
[10] Torda, T. P., “Boundary Layer Control by Distributed Surface Suction or Injection Bi-Parametric General
Solution”. Journal of mathematics and physics, 31,206-213, 1952.
[11] Legates, D.R., and McCabe, G.J. (1999). “Evaluating the use of “goodness-of-fit” measures in hy-drologic
and hydroclimatic model validation.” Water Resources Re-search j., Vol. 35, No. 1, 233-241.
[12] Willmott, C.J., Ackleson, S.G., Davis, R.E., Feddema, J.J., Klink, K.M., Legates, D.R., O’Donnell, J., and
Rowe, C.M. (1985). “Sta-tistics for the evaluation and com-parison of models.” Geophysics Research Journal, 90, 8995-9005.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 48، شماره 1
خرداد 1395
صفحه 1-12

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار