First instabilities in the wake past a circular cylinder. Comparison of transient regimes with landau's model

Velocity measurements were carried out in the flow past a circular cylinder at Reynolds number ranging from 30 to 180 to study the genesis and the evolution of the first instabilities in the wake. Since the occurrence of aeroelastic coupling between flow and cylinder has been cause of debate about the results obtained in recent experiments on the subject, a great deal of care has been taken to avoid that coupling. We focused our attention on two points: the onset of the first instability and the transition from the low-speed to the high-speed oscillation mode. With regard to the second topic we can confirm the existence of a discontinuity in the relation between St and Re at Re90 even in the absence of any aeroelastic coupling. However, no band enlargements in the velocity spectrum, indicating the appearance of highly disorganized motion, were observed for Re varying through that discontinuity interval. To investigate the onset of the first periodic oscillation we performed measurements with a slowly varying Reynolds number by means of very small positive or negative accelerations. Our results indicate that in the neighborhood of the onset of the first oscillation the amplitude of the transient velocity fluctuations does not obey the so-called Landau model.

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Sommario Al fine di studiare la genesi e l'evoluzione delle prime instabilitá nelle scie si sono eseguite delle misure della velocitá nel flusso a valle di un cilindro circolare variando il numero di Reynolds tra 30 e 180. Poiché esiste, per questo tipo di esperimento, la possibilitá di ritrovarsi in una situazione di accoppiamento aeroelastico tra il cilindro ed il flusso, situazione tale da inficiarne l'attendibilitá e che é stata causa di dispute scientifiche sull'interpretazione dei risultati ottenuti nei piú recenti esperimenti sul soggetto, si é accuratamnete progettato l'esperimento in modo da escludere qualisiasi condizione suscettibile di innescare un tale accoppiamento. Si é concentrata l'attenzione su due punti principali: l'insorgere della prima instabilitá e la transizione tra il low-speed ed il high-speed oscillation mode. Per quel che concerne il secondo punto noi possiamo confermare l'esistenza di una discontinuitá nella relazione St=f(Re) quando il Re 90 anche in assenza di qualsiasi accoppiamneto aeroelastico. Inoltre, al variare del Re attraverso questa discontinuitá, non si é osservato nessun allargamento di banda nello spettro delle velocitá che potesse indicare l'apparire di un moto altamente disorganizzato. Per studiare la genesi della prima oscillazione periodica si sono eseguite delle misure al lento variare del Re per mezzo di piccolissime accelerazioni, sia positive che negative, impartite al campo di moto. I risultati ottenuti indicano che nelle vicinanze dell' insorgere della prima oscillazione l'ampiezza delle fluttuazioni transienti non obbedisce al modello di Landau.