Two Degrees of Freedom Vortex-Induced Vibration Responses With Zero Mass and Damping at Low Reynolds Number
Notice bibliographique
Résumé
Vortex-induced vibration is an important phenomenon for offshore engineering. For applications like the piping in the deep water oil exploration projects, the mass ratios can be of order of one [1]. Hence, there is a practical need to understand the effects of low mass ratio on vortex-induced vibrations to enhance design safety. The main purpose of this study is to numerically explore the two degrees of freedom (transverse and streamwise) responses of vortex-induced vibrations of a cylinder at low Reynolds number for the limiting case of zero mass ratio and zero damping. We aim to characterize the responses. In particular, we focus on determining the maximum amplitude values. It is a continuation from the work of Etienne and Pelletier who studied such behaviors at very low Reynolds number (Re < 50) [2]. We investigate the responses in the following parameter space: Reynolds number (75 ≤ Re ≤ 175), reduced velocity (5.0 ≤ Ur ≤ 11.0) and mass ratio (m* = {0, 0.1, 1}) with a fully coupled fluid-structure interaction numerical model based on the finite element method. Our results are generally in accordance with those from previous works for the displacement trajectories, force phase diagram, and the trends in frequency response and oscillation amplitude. The maximum transverse amplitude is found to be around 0.9 in the studied parameter space. In particular, with zero mass ratio, the maximum transverse amplitude starts to occur at values of reduced velocity higher than 6.5 for Reynolds number larger than 150. This is in contrast to the results of Etienne and Pelletier [2] who found that the maximum transverse amplitude always occurs at the reduced velocity of 6.5 for Reynolds number less than 50. Furthermore, with zero mass ratio, the maximum transverse amplitude increases when the Reynolds number increases. This behavior differs from what was suggested by Williamson and Govardhan [3] for a cylinder oscillating only in the transverse direction at Reynolds numbers in the range of 85 to 200. They found that the Reynolds number has no influence on the maximum transverse amplitude. We do not notice any response branching in this parameter space. However, the results in the present work clearly consist of two distinct characteristics. This indicates that the investigated mass ratio values encompass the critical mass ratio; whose value is estimated to be around 0.1 to 0.2.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».