Numerical investigation of 3D flow around a circular cylinder with forced oscillations
Master thesis
Date
2023Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for marin teknikk [3410]
Abstract
Sirkulære sylindere blir brukt i ulike maritime anvendelser som rørledninger og stigerør. Flere eksperimenter utført ved Marintek ble gjennomført av K.H. Aronsenpå problemet med en sylinder som svinger både i x- og y-retning. Problemstillingen i denne avhandlingen er å finne en ingeniørmetode for å kunne gjenskape dissefunnene numerisk.Large Eddy Simulations med en Smagorinsky subgrid scale modell blir brukt forå numerisk simulere den turbulente tre-dimensjonale strømningen rundt en tvungen svingende sylinder. Reynoldstallet er 24000, noe som ligger i det subkritiskestrømningsspekteret, basert på en sylinderdiameter på 0,1 meter og en strømhastighetp˚a U = 0,24 m/s. Koden som blir brukt er den kommersielle programvaren STARCCM+.Sylinderen blir tvunget til å svinge bde i x- og y-retning, og et strukturert meshmed et ”prismlayer” er blitt laget for to geometrier og tre ulike meshstørrelser forå undersøke konvergens. Resultatene blir presentert som hydrodynamiske koeffisienter, vortisitetsfordeling og plottet bevegelse. Resultatene blir sammenlignet medpubliserte eksperimentelle funn. De viktigste funnene er at det valgte meshet ikkefungerer til å løse problemet som blir studert, og at en ny meshtype eller et fineremesh må brukes.Videre arbeid kan være å bruke det eksisterende meshet, men forbedre det for så åkjøre lengre og tyngre simuleringer, eller å prøve meshet på et enklere problem ellerprøve en annen meshtype. Circular cylinders are utilized in a variety of marine applications such as pipelinesand risers. Several experiments done at Marintek was conducted by K.H. Aronsenon the problem of a cylinder oscillating in both x and y-direction. The problem ofthis thesis is to find an engineering method to numerically replicate these findings.Large Eddy Simulation (LES) with a Smagorinsky subgrid scale model is used tonumerically simulate turbulent 3D flow around a forced oscillating cylinder. TheReynolds number is 24000, which is in the subcritical flow domain, based on acylinder diameter of 0.1 meters and a free stream velocity of U = 0.24 m/s. Thecode used is the commercial software STAR-CCM+The cylinder is forced to oscillate in both x and y-direction and a structured meshwith a prism layer is made for two geometries and different mesh sizes to lookat convergence. The results are presented as; hydrodynamic coefficients, vorticitydistribution and motion plots. The results are compared to published experimentalfindings. The main findings are that the chosen mesh time is not working to solvethe problem at hand and that a new mesh type or a finer mesh must be used.Further work can be to use the existing mesh but refine it to run longer and heaviersimulations, try the mesh on a simpler problem or try a different mesh type.