Exploring Near-Wake Structures: Bio-Inspired Convergent-Divergent Riblets on Circular Bluff Bodies

唤醒 雷诺数 机械 风速计 流线、条纹线和路径线 旋涡脱落 粒子图像测速 涡度 圆柱 斯特劳哈尔数 涡流 物理 阻力系数 湍流 阻力 几何学 数学
作者
Arash Mohammadikarachi,Mustafa Z. Yousif,Jun‐Im Song,Hee-Chang Lim
出处
期刊:Journal of Fluids Engineering-transactions of The Asme [ASM International]
卷期号:147 (1)
标识
DOI:10.1115/1.4066113
摘要

Abstract Convergent-divergent (C-D) riblets represent a pioneering rough surface inspired by the skin of fast-swimming sharks and flight feathers of the birds. In this study, we applied convergent-divergent riblets to the outer surface of a circular cylinder to examine their influence on the near-wake flow structure behind the cylinder. Various experimental techniques, such as particle image velocimetry (PIV), hot-wire anemometer, and a load cell for force measurement, were employed for this study. The experimental measurements have been conducted at different Reynolds numbers ranging from (6–12) ×103. The findings from force measurement indicate a decrease in the mean drag coefficient of around 14%, 15%, 11%, and 12% obtained by riblets at Re = 6000, 7500, 10,000, and 12,000, respectively. The time-averaged flow field including streamlines, velocity field, Reynolds shear stress, vorticity, and turbulent kinetic energy were measured. The measurements suggest that the wake's size has decreased by using convergent-divergent riblets. Furthermore, data obtained from the hot-wire anemometer reveal that these riblets alter the vortex shedding frequency to a higher value and impact the amplitude peak of the power spectrum at various Re numbers.

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