ЧИСЕЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ СЛІДУ ЗА КРУГОВИМ ЦИЛІНДРОМ, ЩО КОЛИВАЄТЬСЯ, ПРИ НИЗЬКИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА
DOI:
https://doi.org/10.34185/1991-7848.itmm.2026.01.026Ключові слова:
вихрові коливання, круговий циліндр, вихровий слід, чисельне моделювання, URANS, модель ламінарно-турбулентного переходу, режими вихроутворення, число Рейнольдса, OpenFOAMАнотація
Проведено чисельне моделювання структури вихрового сліду за круговим циліндром, що здійснює вимушені поперечні коливання в нестисливій рідині при субкритичному числі Рейнольдса Re = 2174. Використано двовимірний підхід URANS з SST моделлю турбулентності та моделлю ламінарно-турбулентного переходу, реалізований у пакеті OpenFOAM. Досліджено залежність різних режимів вихроутворення (2S, 2P, 2P0, P+S, C(2S), 2T) від безрозмірної амплітуди та частоти вимушених коливань у відповідності до експериментальної карти Т. Морзе і К. Х. К. Вільямсона. Отримано контури завихреності, залежності аеродинамічних коефіцієнтів від часу та амплітудно-частотні спектри. Показано, що 2D-моделювання якісно відтворює основні режими вихроутворення та межі переходів між режимами, проте режими із двома парами вихорів 2P і 2P0 та комбіновані (2S/2P0 та 2P0/2P) виявляються нестабільними і з часом деградують до P+S або 2S через неможливість відтворити тривимірні явища у двовимірному моделюванні. Для точного обчислення гідродинамічних сил, моделювання режимів з двома парами вихорів (2P) та комбінованих режимів (2S/2P0 та 2P0/2P) необхідне проведення тривимірних розрахунків.
Посилання
Blackburn H. M., Henderson R. D. A study of twodimensional flow past an oscillating cylinder. Journal of Fluid Mechanics. 1999. Vol. 385. P. 255–286. URL: https://doi.org/10.1017/S0022112099004309.
Menter F. R., Langtry R., Völker S. Transition Modelling for General Purpose CFD Codes. Flow, Turbulence and Combustion. 2006. Vol. 77. P. 277–303. URL: https://doi.org/10.1007/s10494-006-9047-1.
Morse T. L., Williamson C. H. K. Fluid forcing, wake modes, and transitions for a cylinder undergoing controlled oscillations. Journal of Fluids and Structures. 2009. Vol. 25, iss. 4. P. 697–712. URL: https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2008.12.003.
Wake state and energy transitions of an oscillating cylinder at low Reynolds number / J. S. Leontini et al. Phisics of Fluids. 2006. Vol. 18. P. 067101–1 – 067101–9. URL: https://doi.org/10.1063/1.2204632.
Williamson C. H. K., Govardhan R. Vortex-Induced Vibrations. Annual Review of Fluid Mechanics. 2004. Vol. 36. P. 413–455. URL: https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.36.050802.122128.
Williamson C. H. K., Roshko A. Vortex formation in the wake of an oscillating cylinder. Journal of Fluids and Structures. 1988. Vol. 2, iss. 4 : https://doi.org/10.1016/S0889-9746(88)90058-8. P. 355–381.
Xiong Z., Liu X. Very Large-Eddy Simulations of the Flow Past an Oscillating Cylinder at a Subcritical Reynolds Number. Applied Sciences. 2020. Vol. 10, iss. 5. URL: https://doi.org/10.3390/app10051870
Yang W., Masroor E., Stremler M. A. The wake of a transversely oscillating circular cylinder in a flowing soap film at low Reynolds number. Journal of Fluids and Structures. 2021. Vol. 105. P. 1–23. URL: https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2021.103343.
