Pamukkale Univ Muh Bilim Derg. 2021; 27(4): 458-464 | DOI: 10.5505/pajes.2020.34711

Experimental investigation of vortex ring shedding from oscillating disc

Fahrettin Gökhan Ergin
R&D Department, Dantec Dynamics, Skovlunde, Denmark

Vortex shedding from an oscillating disc with a chamfered tip is investigated. The experiments are performed using a high-speed Particle Image Velocimetry (PIV) system with 160Hz frame acquisition frequency. Six full cycles are recorded with a total of 1999 recordings, i.e. 333 velocity measurements resolving a single cycle. The 175-mm-diameter disc oscillation frequency was 0.5Hz within a 20mm displacement in water. Dynamic image masking is performed to remove the disc shape from the PIV raw images, using rigid object tracking and image stabilization techniques. This implies a coordinate transformation and allows the investigation of flow field results with respect to the disc, as if it were stationary. This allows the use of statistical analysis and phase-locked averaging. The results indicate that the vortex formation and shedding from-cycle-to-cycle is very stable and predictable. The chamfered disc tip geometry has great influence in the vortex dynamics: When the motion is towards the chamfered side, a big, attached trailing vortex is present on the flat side; and when the motion is reversed towards the flat side the big trailing vortex is shed off outwards from the center, and a shear layer with a 45° orientation is formed. This means the asymmetric disc tip geometry generates a net force for the complete cycle.

Keywords: Vortex shedding, oscillating disc, Particle Image Velocimetry, dynamic masking, object tracking, image stabilization.

---

Titreþen diskten girdap halkasý kopmalarýnýn deneysel incelenmesi

Fahrettin Gökhan Ergin
Arge Bölümü, Dantec Dynamics, Skovlunde, Danimarka

Pah kenarlý titreþen bir diskten girdap kopmalarý incelenmiþtir. Deneyler yüksek hýzlý bir Parçacýk Görüntülemeli Hýz Ölçümü (PGHÖ) sistemi kullanýlarak 160Hz görüntü toplama hýzýnda yapýlmýþtýr. Altý tam periyot, çevrim baþýna 333 hýz ölçümü yapýlarak ve toplamda 1999 görüntü alýnarak kaydedilmiþtir. Suda titreþen 175mm çaplý diskin titreþim frekansý 0.5Hz ve titreþim mesafesi 20mm’dir. Rijid obje takibi ve görüntü stabilizasyon teknikleri kullanýlarak disk görüntüsünü PGHÖ ham görüntülerinden çýkarabilmek için dinamik görüntü maskleme uygulanmýþtýr. Burada bir koordinat deðiþimi söz konusudur ve bunun saysinde disk yerinde çakýlý duruyormuþ gibi diskin etrafýndaki akýþ alaný sonuçlarýnýn incelenmesi mümkün olmuþtur. Ayný zamanda istatiksel analizlerin ve faz kilitli ortalamanýn kullanýlmasý da mümkün olur. Sonuçlar her çevrimde girdap oluþumunun ve kopmasýnýn çok düzenli ve öngörülür bir þekilde gerçekleþtiðini göstermiþtir. Pahlý disk kenarý geometrisinin girdap dinamiðine çok büyük etkisi vardýr: Öteleme pahlý tarafa olduðunda diðer düz tarafta büyük ve yapýþýk bir girdap oluþurken, ötelemenin yönü deðiþip düz tarafa doðru olduðunda daha önce oluþan büyük ve yapýþýk girdap merkezden uzaklaþarak kopmuþ ve yatay eksene göre 45° eðimi olan bir kayma tabakasý gözlemlenmiþtir. Bu da asimetrik disk kenarý geometrisinin tüm çevrimde net bir kuvvet oluþturduðu anlamýna gelir.

Anahtar Kelimeler: Girdap kopmasý, titreþen disk, Parçacýk Görüntülemeli Hýz Ölçümü, dinamik maskeleme, obje takibi, görüntü stabilizasyonu

---