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01.05.2019 | Research Article | Ausgabe 5/2019

Experiments in Fluids 5/2019

Spanwise wake development of a pivoted cylinder undergoing vortex-induced vibrations with elliptic trajectories

Zeitschrift:
Experiments in Fluids > Ausgabe 5/2019
Autoren:
Erik Marble, Chris Morton, Serhiy Yarusevych
Wichtige Hinweise

Publisher's Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

The wake development of a pivoted circular cylinder undergoing vortex-induced vibrations with elliptical trajectories is examined experimentally at a fixed Reynolds number of 3027 and mass ratio of 10.8. Simultaneous cylinder displacement measurements and time-resolved, two-component particle image velocimetry in multiple horizontal and vertical planes are used to quantify the structural response and wake development. The selected test cases pertain to \(U^*=U_0/f_\mathrm{n} D=5.48\) and 7.08, and exhibit different orientations of elliptical cylinder trajectory, both with a clockwise direction of orbiting. Three-dimensional reconstructions of the phase-averaged wake velocity measurements reveal 2S shedding along the span of a stationary cylinder and hybrid shedding for the two vibrating cylinder cases, with planar wake topology transitioning from 2S to P+S to 2S for \(U^*=5.48\), and 2S to P+S for 7.08. The observed wake topologies show significant deviation from predictions based on the Morse and Williamson (J Fluids Struct 25(4):697–712, 2009) shedding map. Vortex identification and strength quantification are used to provide insight into vortex dynamics and to propose a model of the dislocations. Examination of the time averaged wake characteristics shows the formation length, wake half-width, and maximum velocity deficit exhibit distinct spanwise trends aligning with the regions associated with specific shedding regimes.

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