Küt cisimler aerodinamiği ve vorteks-shedding olayının deneysel incelemesi

Abstract

Küt cisimler etrafındaki akım parametreleri son derece karmaşık olup, bu konuda birçok çalışma yapılmasına rağmen çok az şey bilinmektedir. Enerji korunumunun önemi nedeniyle, son zamanlarda küt cisim akışları konusu üzerinde önemle durulmaktadır. Büyük yapılar, rüzgar kaynaklı büyük genlikli titreşimlerden sakınılacak şekilde dizayn edilmiş olmalıdır. Küt cisimler ve yapılar etrafındaki rüzgar akımı, bu cisimler etrafında bir basınç dağılımı meydana getirmektedir. Bu basınçlar, cisme zarar verebilen veya rahatsız edici bir şekilde titreştirebilen kuvvetler üretecek şekilde, cismin yüzeyi boyunca rol oynamaktadırlar. Mühendisler 19. yy süresince dizaynlarında rüzgarın etkisini hesaba katmaya başlamışlardır. Küt cisim etrafındaki akım parametreleri, türbülans şiddeti ve vorteks kopmaları sistemde dinamik zorlamalar meydana getirir. Vorteks kopması, dairesel veya dikdörtgen kesitli küt cisimler ile yüksek hücum açılarında kanat veya plakalar etrafında meydana gelen önemli bir olaydır. Vorteks kopması vasıtasıyla üretilen çalkantılı kuvvetler, doğal frekanslarında yapılarda titreşimlere sebep olabilmektedir. Bu bakımdan vorteks kopmasının araştırılması, aerodinamik kuvvetler, yapısal titreşim ve türbülans karışımı açısından son derece önemlidir. Bu çalışmada, Reynolds sayısının 1x1 04 ile 1.5x1 05 aralığında (kritik altı akım), yüzeyden ayrılma noktasının yerinin Reynolds sayısı ile değiştiği dairesel kesitli silindir ile yüzeyden ayrılma noktasının yerinin hemen hemen sabit olduğu en/boy oranı 0.5^w/hi2 olan dikdörtgen kesitli silindirler etrafında akım parametreleri ve basınç dağılımı deneysel olarak incelenmiştir. Bundan başka, özellikle türbülans kararsızlığı (instability) olayına etkili parametrelerin belirlenmesi için dairesel kesitli silindirin ve değişik hücum açılarında dikdörtgen kesitli silindirlerin arkalarındaki iz (wake) bölgelerinde spektral ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler neticesinde, iz bölgesinin değişik x,y konumlarında spektral yoğunluk, güç spektrum, otokorelasyon ve kroskorelasyon dağılımları elde edilmiştir. Vorteks-kopması (vortex- shedding) olayının hangi konumlarda meydana geldiği, model cinsine ve akım şartlarına bağlı olarak tespit edilmiştir.