پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 21 |
| تعداد شمارهها | 692 |
| تعداد مقالات | 10,048 |
| تعداد مشاهده مقاله | 71,052,873 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 62,504,265 |
Numerical Analysis of Slip-Length Effects on Fluid–Structure Interaction and Thermal Performance of a Square Cylinder in Turbulent Flow | ||
| Journal of Heat and Mass Transfer Research | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 24 فروردین 1405 | ||
| نوع مقاله: Full Length Research Article | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jhmtr.2026.40019.1896 | ||
| نویسندگان | ||
| Mostafa Esmaeili* 1؛ Amir Hossein Rabiee2؛ Alireza Ghaderi Sane3 | ||
| 1Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Kharazmi University, Tehran, 15719-14911, Iran | ||
| 2School of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, 38181-41167, Arak, Iran | ||
| 3Department of Mechanical Engineering, Kharazmi University, 15719-14911, Tehran, Iran | ||
| تاریخ دریافت: 20 آذر 1404، تاریخ بازنگری: 09 فروردین 1405، تاریخ پذیرش: 24 فروردین 1405 | ||
| چکیده | ||
| This study explores how Navier slip boundary conditions, applied either fully or in localized hydrophobic regions, reshape the vortex–induced vibration and heat–transfer behaviour of an elastically mounted square cylinder at a Reynolds number of 22,000 and Prandtl number of the flow is 7. The coupled fluid–structure dynamics are resolved using a finite-volume solver with SST k–ω turbulence modelling and a Runge–Kutta integrator for structural motion. The fluid–structure interaction framework is validated against reference results for both stationary cylinders under slip and no-slip conditions and conventional flow-induced vibration (FIV) responses, showing excellent agreement. Simulations are performed over the reduced-velocity range of 3–14 and various slip lengths (0\le b*\le0.2). For fully hydrophobic surfaces, the cross-flow vibration amplitude is substantially reduced—by nearly 50% at Ur=10—while the inline oscillation amplitude grows markedly, reaching almost a twofold increase at Ur=12. These changes coincide with an elevation in shedding frequency and a notable weakening of lift fluctuations. Heat transfer is consistently strengthened under slip, and the mean Nusselt number reaches a maximum enhancement of approximately 53% at higher reduced velocities. When slip is introduced only on selected surfaces, its effect becomes strongly configuration-dependent. Rear-face hydrophobicity produces the greatest suppression of transverse motion, front-face slip yields the most pronounced reduction in force coefficients, and only full-surface slip results in a significant rise in heat-transfer performance. Despite local irregularities with reduced velocity, the overarching trends remain clear, with slip accelerating vortex shedding, moderating cross-flow vibrations, increasing streamwise oscillations, and enhancing convective transport. These findings demonstrate that the strategic distribution of hydrophobic regions can serve as an effective passive-control approach for improving both the dynamic and thermal behavior of square cylinders in turbulent flow. | ||
| کلیدواژهها | ||
| Flow-induced vibration؛ Convective heat transfer؛ Hydrophobic؛ Navier Model؛ Turbulent flow | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| بررسی عددی اثر طول لغزش بر برهمکنش سیال–سازه و عملکرد حرارتی یک استوانهٔ مربعی در جریان آشفته | ||
| چکیده [English] | ||
| این پژوهش به بررسی عددی اثر شرط مرزی لغزش ناویر، بهصورت آبگریزی کامل و موضعی، بر برهمکنش سیال–سازه و عملکرد حرارتی یک استوانهٔ مربعی در جریان آشفته با عدد رینولدز 22000 میپردازد. حل میدان جریان با روش حجم محدود و مدل آشفتگی «K-W_SST» انجام شده و حرکت سازه با یک انتگرالگیر Runge–Kutta محاسبه شده است. اعتبارسنجی چارچوب برهمکنش سیال–سازه در شرایط لغزش و بدون لغزش برای استوانهٔ ثابت و نیز برای ارتعاش ناشی از جریان، تطابق بسیار خوبی با نتایج مرجع نشان میدهد. شبیهسازیها در گسترهٔ سرعت کاهشیافتهٔ 3 تا 14 و برای طولهای لغزش مختلف صورت گرفته است. در حالت آبگریزی کامل، دامنهٔ ارتعاش عرضی به میزان چشمگیری کاهش مییابد و در سرعت کاهشیافتهٔ 10 تقریباً 50% کم میشود، در حالیکه دامنهٔ نوسان در راستای جریان بهطور قابل ملاحظهای افزایش یافته و در سرعت کاهشیافتهٔ 12 نزدیک به دو برابر میرسد. این تغییرات همراه با افزایش فرکانس جداشدگی گردابه و کاهش محسوس نوسانهای نیروی برا رخ میدهد. انتقال حرارت نیز همواره تحت شرایط لغزش بهبود مییابد و میانگین عدد نوسلت در سرعتهای کاهشیافتهٔ بالا افزایشی تا حدود 53% نشان میدهد. در صورت اعمال لغزش بهصورت موضعی، الگوی اثرگذاری کاملاً وابسته به محل است. لغزش در سطح پشتی بیشترین کاهش ارتعاش عرضی را ایجاد میکند، لغزش در سطح جلویی بیشترین کاهش ضرایب نیرو را به همراه دارد، و تنها لغزش تمامسطحی موجب افزایش شدید انتقال حرارت میشود. نتایج نشان میدهد توزیع هدفمند نواحی آبگریزی میتواند رویکردی کارآمد برای کنترل غیرفعال و بهبود رفتار حرارتی استوانه مربعی در جریان آشفته باشد. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 3 |
||