Wake structures as well as flow properties formed behind bluff bodies have received
great interest among researchers for years. As a result of various application of bluff
bodies in different engineering topics and industry, there has been a growing interest
on this phenomenon. As a significant feature of these geometries has been the
formation of various vortices in the wake, possible suppression of such phenomenon
is the desired outcome in order to reduce the fluctuation forces act on the structures in
civil engineering application. The Reynolds de-composition is a very common
technique to approach these problems. However, some researchers tackle such
problems with an alternative technique known as the triple decomposition. Since the
flow structure of a bluff body comprises large-scale organized motion, the timevarying component in the wake region of a bluff -body flow consists of a periodic
component (coherent structure) that can be distinguished from a random (incoherent)
component. In the present study, incoherent turbulent flow structures in the near-wake
region downstream of a square cylinder have been studied by employing triple
decomposition. It was observed that the main incoherent turbulent kinetic energy
production occurs in the region with the same width of square cylinder. Moreover, it
was demonstrated that while a vortex is developing from one edge with maximum
incoherent streamwise stress, the initiated shear layers from the other edge exhibit a
maximum in incoherent transverse stress production.
In addition, wake region behind three modified geometries namely Circular Cylinder
(CC), Semi Circular Cylinder (SC) and C shape (CS) are investigated experimentally
and numerically for Re of 20000 to identify the effects of shape modification on the
wake region. These effects have been discussed in regards to flow structure, Turbulent
Kinetic Energy (TKE), pressure and vorticity. It was observed that while CC and SC
demonstrated almost similar level of TKE peak value with just 6% rising on SC, CS
wake region exhibit a significant increase of 40% in the peak value with respect to CC.
It was also illustrated that the vorticity in the wake region of SC is mostly concentrated
along the edges of separated shear layers.
ÖZ:
Değişik şekilli cisimlerin arkasındaki akış özellikleri ve iz yapıları, yıllardır birçok
araştırmacıyı büyülemiştir. Değişik şekilli cisimlerin mühendislik ve endüstride çeşitli
uygulamalarının bir sonucu olarak, bu olguya artan bir ilgi vardır. Bu cisimlerin önemli
bir özelliği, iz bölgesinde girdap sokağı oluşması olduğundan, bu fenomenin olası
bastırılması istenen bir sonuçtur. Reynolds ayrıştırması bu problemlere yaklaşmak için
çok yaygın bir tekniktir. Bununla birlikte, bazı araştırmacılar, üçlü ayrıştırma olarak
bilinen alternatif bir teknikle bu tür sorunları çözmektedir. Bir değişik şekilli cismin
gövdesinin akış yapısı büyük ölçekli organize hareket içerdiğinden, bir değişik şekilli
cisim akışının iz bölgesindeki zamanla değişen bileşen, rastgele (tutarsız) bir
bileşenden ayırt edilebilen periyodik bir bileşenden (tutarlı yapı) oluşur. Bu çalışmada,
kare bir silindirin akış aşağısında uyanmaya yakın bölgedeki tutarsız türbülanslı akış
yapıları üçlü ayrıştırma kullanılarak incelenmiştir.
Ana tutarsız türbülanslı kinetik enerji üretiminin aynı genişlikte kare silindire sahip
bölgede meydana geldiği gözlemlendi. Ayrıca, maksimum tutarsız akış yönünde
gerilme ile bir kenardan bir girdap gelişirken, diğer kenardan başlatılan kayma
katmanlarının tutarsız enine gerilme üretiminde bir maksimum sergiledikleri
gösterilmiştir.
Ayrıca, şekil değişikliğinin iz bölgesi üzerindeki etkilerini belirlemek için Re=20000
için Dairesel Silindir (CC), Yarı Dairesel Silindir (SC) ve Dairesel Kabuk (S) olmak
üzere üç değiştirilmiş geometrinin arkasındaki iz bölgesi deneysel ve sayısal olarak
incelenmiştir.
Bu etkiler akış yapısı, TKE, basınç ve girdap açısından tartışılmıştır. CC ve SC'nin
SC'de sadece %6'lık bir artışla hemen hemen benzer düzeyde TKE tepe değeri
gösterdiği gözlenirken, S iz bölgesinin CC'ye göre tepe değerinde %40'lık önemli bir
artış gösterdiği gözlemlendi. SC'nin iz bölgesindeki girdaplığın çoğunlukla ayrılmış
kesme tabakalarının kenarları boyunca yoğunlaştığı da gösterilmiştir.
