Abstract:
CONDITION FOR PUBLICATION OF PROJECT. This study looks at how vortex shedding works in inclined circular cylinders. In this case, three-dimensional flow effects make traditional two-dimensional models less useful. The research was conducted experimentally in a wind tunnel utilizing hot-wire anemometry, and the Welch method was employed to analyze the power spectral density (PSD) of velocity fluctuations.
The main goal of the analysis was to find the most important shedding frequencies and to look at the Strouhal number (St) along the cylinder’s normalized axial position (s/L). The experimental setup looked at a range of Reynolds numbers (Re), inclination angles (), and geometric configurations (upstream and downstream).
The findings demonstrate that the wake does not display spatial characteristics. Along the cylinder axis, on the other hand, there are clear changes in the coherence of vortex shedding. In certain areas, distinct spectral peaks manifest, whereas in others, the flow structure becomes increasingly disordered. There are also changes in dominant frequencies and spectral broadening.
In general, both the inclination angle and the axial position have a big effect on how energy is spread out when a vortex sheds. These results enable a quantitative spatial analysis of three-dimensional flow instabilities surrounding inclined cylinders, giving experimental insights into the behavior of this phenomenon under controlled conditions.
Keywords: vortex shedding; inclined cylinder; Strouhal number; spectral analysis; three-dimensional flow
Description:
CONDICIONAMIENTO DE PUBLICACION DE PROYECTO. La presente investigación responde a la necesidad de cuantificar, describir y caracterizar la dinámica de desprendimiento de vórtices en cilindros circulares inclinados, una configuración en la que la naturaleza tridimensional del flujo reduce la aplicabilidad de los modelos bidimensionales clásicos. Con este propósito, se llevó a cabo un estudio experimental en un túnel de viento mediante anemometría de hilo caliente, utilizando el método de Welch para analizar la densidad espectral de potencia (PSD) de las fluctuaciones de velocidad.
El análisis se orientó a determinar frecuencias dominantes asociadas por desprendimiento de vórtices y a evaluar el número de Strouhal (St) a lo largo de la posición axial normalizada del cilindro (s/L), considerando distintos números de Reynolds (Re), ángulos de inclinación () y configuraciones geométricas de posicionamiento (upstream y downstream). Los resultados evidencian que la estela del cilindro no mantiene un comportamiento espacial uniforme, sino que presenta variaciones apreciables en la coherencia del desprendimiento a lo largo del eje del cilindro.
Asimismo, se identificaron regiones con picos espectrales claramente definidos que coexisten con sectores de menor organización en la estela, junto con fenómenos de ensanchamiento espectral y modificaciones en las frecuencias dominantes registradas. En este contexto, se observa que tanto el ángulo de inclinación como la posición axial influyen de manera significativa en la distribución de energía asociada al desprendimiento de vórtices.
En conjunto, las mediciones experimentales permiten obtener una caracterización espacial cuantitativa de las inestabilidades tridimensionales del flujo alrededor de cilindros inclinados, aportando elementos para una mejor comprensión del fenómeno bajo condiciones experimentales controladas.